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FR3121957A1 - Spark-ignition engine comprising a system for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gases in the cylinders and associated method - Google Patents

Spark-ignition engine comprising a system for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gases in the cylinders and associated method Download PDF

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FR3121957A1
FR3121957A1 FR2103940A FR2103940A FR3121957A1 FR 3121957 A1 FR3121957 A1 FR 3121957A1 FR 2103940 A FR2103940 A FR 2103940A FR 2103940 A FR2103940 A FR 2103940A FR 3121957 A1 FR3121957 A1 FR 3121957A1
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FR
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engine
valves
valve
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Bertrand Fasolo
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Original Assignee
Renault SAS
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Abstract

Moteur (10) à allumage commandé comprenant un circuit de recirculation (24) des gaz d’échappement à l’admission comprenant une vanne « V EGR HP » (26) configurée pour réguler le débit des gaz d’échappement à haute pression recyclés à l’admission du moteur, et au moins deux soupapes d’admission (1, 2) par cylindre (12) reliées à un collecteur d’admission (14) respectivement par un premier et un deuxième conduit d’admission (31), les deuxièmes soupapes d’admission (2) étant couplées à un dispositif (40) de régulation du flux d’air. Le moteur comprend un système (50) de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les premiers conduits d’admission (31, 32) de chaque cylindre (12) configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de la vanne (26) et le dispositif (40) de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes (2) selon trois modes de fonctionnement du moteur (10). Figure pour l’abrégé : Fig 1A spark-ignition engine (10) comprising an intake exhaust gas recirculation circuit (24) including a "V EGR HP" valve (26) configured to regulate the flow of high pressure exhaust gas recirculated to the intake of the engine, and at least two intake valves (1, 2) per cylinder (12) connected to an intake manifold (14) respectively by a first and a second intake duct (31), the second intake valves (2) being coupled to an airflow regulating device (40). The engine comprises a system (50) for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the first intake ducts (31, 32) of each cylinder (12) configured to control the opening and closing of the valve (26) and the device (40) for regulating the air flow via the second valves (2) according to three operating modes of the engine (10). Figure for abstract: Fig 1

Description

Moteur à allumage commandé comprenant un système de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les cylindres et procédé associéSpark-ignition engine comprising a system for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gases in the cylinders and associated method

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, et notamment les moteurs à allumage commandé.The present invention relates to the field of internal combustion engines, and in particular spark-ignition engines.

Plus particulièrement, la présente invention concerne les moteurs à allumage commandé comprenant deux soupapes d’admission par cylindre et au moins une soupape d’échappement par cylindre.More particularly, the present invention relates to spark-ignition engines comprising two intake valves per cylinder and at least one exhaust valve per cylinder.

Afin d’augmenter l’avance à l’allumage de tels moteurs et ainsi réduire la consommation de carburant pour une performance identique, il est connu de recirculer une fraction des gaz brûlés via une conduite de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission, connue sous les termes « exhaust gas recirculation » ou « EGR », en termes anglo-saxons.In order to increase the ignition advance of such engines and thus reduce fuel consumption for identical performance, it is known to recirculate a fraction of the burnt gases via a partial exhaust gas recirculation line at the intake, known as "exhaust gas recirculation" or "EGR", in Anglo-Saxon terms.

On connaît également la recirculation interne des gaz brûlés, connue sous les termes « internal gas recirculation » ou « IGR », en termes anglo-saxons.We also know the internal recirculation of the burnt gases, known under the terms “internal gas recirculation” or “IGR”, in Anglo-Saxon terms.

Toutefois, les gaz brûlés dégradent le rendement de remplissage en air frais dans le moteur. Il est donc nécessaire d’augmenter la pression du collecteur d’admission pour admettre la même quantité d’air frais dans le moteur nécessaire pour produire le couple requis.However, the burnt gases degrade the performance of filling fresh air into the engine. It is therefore necessary to increase the intake manifold pressure to admit the same amount of fresh air into the engine needed to produce the required torque.

Dans le cas de la recirculation interne des gaz brûlés « IGR », il est connu d’utiliser des systèmes de décalage angulaire des arbres à cames comprenant des soupapes à distribution variable, appelés « variable valve timing », d’acronyme « VVT » en termes anglo-saxons. Généralement, un système de décalage angulaire est appliqué à l’arbre à cames d’admission et un système de décalage angulaire est appliqué à l’arbre à cames d’échappement.In the case of the internal recirculation of the burnt gases "IGR", it is known to use angular offset systems for the camshafts comprising valves with variable timing, called "variable valve timing", with the acronym "VVT" in Anglo-Saxon terms. Generally, an angular offset system is applied to the intake camshaft and an angular offset system is applied to the exhaust camshaft.

Pour recirculer les gaz brûlés, il suffit de décaler les soupapes à distribution variable de manière à obtenir une phase de croisement au point mort haut « PMH ». Du fait de la pression plus faible dans le collecteur d’admission par rapport à la pression dans le collecter d’échappement, les gaz brûlés sont aspirés à l’admission pendant la phase de croisement au point mort haut.To recirculate the burnt gases, simply shift the variable valve timing so as to obtain a crossover phase at top dead center “TDC”. Due to the lower pressure in the intake manifold compared to the pressure in the exhaust manifold, the burnt gases are sucked into the intake during the crossover phase at top dead center.

Toutefois, les décalages maximaux des soupapes à distribution variable sont limités par la technologie et il n’est pas possible d’atteindre des taux élevés de recirculation de gaz brûlés. De plus, les gaz brûlés admis à l’admission ont une température très élevée, ce qui est défavorable pour les émissions d’oxydes d’azote (NOx) et peut générer un cliquetis lorsque le moteur est chargé. Pour réduire ces désavantages, il est nécessaire de réduire l’avance d’allumage, ce qui augmente la consommation de carburant.However, the maximum offsets of variable valve timing are limited by the technology and it is not possible to achieve high rates of flue gas recirculation. In addition, the burnt gases admitted to the intake have a very high temperature, which is unfavorable for nitrogen oxide emissions (NO x ) and can cause knocking when the engine is loaded. To reduce these disadvantages, it is necessary to reduce the ignition advance, which increases fuel consumption.

Dans le cas de la recirculation des gaz d’échappement « EGR », les gaz d’échappement sont généralement prélevés à la sortie du collecteur d’échappement du moteur et réinjectés à l’admission du moteur en aval du boîtier papillon, à l’entrée du répartiteur d’admission d’air, après avoir été préalablement refroidis par un échangeur gaz/eau. L’eau qui circule dans le refroidisseur correspond au liquide de refroidissement du moteur. Le taux EGR de gaz recyclés par rapport au débit total des gaz admis dans le moteur est contrôlé par une vanne à ouverture proportionnelle.In the case of exhaust gas recirculation "EGR", the exhaust gases are generally taken from the outlet of the engine exhaust manifold and reinjected into the engine intake downstream of the throttle body, at the inlet of the air intake distributor, after having been previously cooled by a gas/water exchanger. The water circulating in the cooler is the engine coolant. The EGR rate of recycled gases relative to the total flow of gases admitted into the engine is controlled by a valve with proportional opening.

Une telle solution permet d’obtenir un taux élevé de gaz brûlés à l’admission par rapport à la solution précédente de décalage angulaire des arbres à cames. Toutefois, le taux EGR reste tout de même limité par des problèmes de stabilité de combustion du fait d’un mélange air et EGR plus froid.Such a solution makes it possible to obtain a high rate of burnt gases at the intake compared to the previous solution of angular offset of the camshafts. However, the EGR rate is still limited by combustion stability problems due to a colder air and EGR mixture.

Il est également connu de combiner les systèmes EGR et IGR afin d’obtenir une température globale du mélange air et EGR suffisamment élevée pour assurer une stabilité de combustion correcte. Toutefois, une telle solution est particulièrement coûteuse.It is also known to combine the EGR and IGR systems in order to obtain an overall temperature of the air and EGR mixture high enough to ensure correct combustion stability. However, such a solution is particularly costly.

On connaît le document US 2008/066715 – A1 qui décrit un procédé de contrôle de l’allumage d’un moteur à essence à allumage par compression utilisant un mélange contrôlé d’air frais et de gaz recirculés EGR chauds. Toutefois, un tel procédé est particulièrement complexe et nécessite trois volets sur la ligne d’admission.Document US 2008/066715 – A1 is known, which describes a method for controlling the ignition of a compression-ignition gasoline engine using a controlled mixture of fresh air and hot recirculated EGR gases. However, such a process is particularly complex and requires three flaps on the admission line.

On connaît également le document US 2012/023933 – A1 qui décrit un moteur suralimenté comprenant, sur chaque cylindre, une première soupape d’admission destinée à recevoir au moins des gaz recirculés à basse pression et une deuxième soupape d’admission destinée à recevoir au moins l’air à une pression de suralimentation. Le moteur est ainsi toujours alimenté en gaz recirculés via la première soupape, ce qui dégrade fortement le remplissage en air frais et réduit les performances du moteur.Document US 2012/023933 – A1 is also known, which describes a supercharged engine comprising, on each cylinder, a first intake valve intended to receive at least recirculated gases at low pressure and a second intake valve intended to receive at least minus air at boost pressure. The engine is thus always supplied with recirculated gases via the first valve, which greatly degrades the filling with fresh air and reduces the performance of the engine.

Il existe un besoin pour améliorer la consommation de carburant dans un moteur à allumage commandé avec un système de recirculation des gaz d’échappement.There is a need to improve fuel consumption in a spark ignition engine with an exhaust gas recirculation system.

L’invention a pour objet un moteur à allumage commandé comprenant au moins trois cylindres, un collecteur d’admission d’air frais relié à chaque cylindre par deux conduits d’admission, un collecteur d’échappement et un circuit de recirculation des gaz d’échappement à l’admission, dits « exhaust gas recirculation » ou « EGR », en termes anglo-saxons. Connecté en aval du collecteur d’échappement et au premier conduit d’admission de chaque cylindre, le circuit de recirculation comprenant une vanne « V EGR HP » configurée pour réguler le débit des gaz d’échappement à haute pression qui est recyclé à l’admission du moteur, le moteur comprend en outre au moins deux soupapes d’admission par cylindre et au moins une soupape d’échappement par cylindre.The subject of the invention is a spark-ignition engine comprising at least three cylinders, a fresh air intake manifold connected to each cylinder by two intake ducts, an exhaust manifold and an exhaust gas recirculation circuit. intake exhaust, called "exhaust gas recirculation" or "EGR", in Anglo-Saxon terms. Connected downstream of the exhaust manifold and to the first intake duct of each cylinder, the recirculation circuit comprising a "V EGR HP" valve configured to regulate the flow of high pressure exhaust gases which is recycled to the intake of the engine, the engine further comprises at least two intake valves per cylinder and at least one exhaust valve per cylinder.

Les premières soupapes d’admission sont reliées au collecteur d’admission par le premier conduit d’admission et les deuxièmes soupapes d’admission étant reliées au collecteur d’admission par un deuxième conduit d’admission, les deuxièmes soupapes d’admission étant couplées à un dispositif de régulation du flux d’air.The first intake valves are connected to the intake manifold by the first intake duct and the second intake valves are connected to the intake manifold by a second intake duct, the second intake valves being coupled to an airflow control device.

Le moteur comprend en outre un système de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les premiers conduits d’admission d’un cylindre configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de la vanne EGR HP et le dispositif de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes selon trois modes de fonctionnement du moteur.The engine further comprises a system for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the first intake ducts of a cylinder configured to control the opening and closing of the HP EGR valve and the device regulation of the air flow via the second valves according to three modes of engine operation.

Les premières soupapes d’admission sont destinées à recevoir des gaz d’échappement recirculés et/ou de l’air frais via le premier conduit d’admission associé et les deuxièmes soupapes d’amission sont destinées à recevoir uniquement de l’air frais via le deuxième conduit d’admission associé.The first intake valves are intended to receive recirculated exhaust gases and/or fresh air via the associated first intake duct and the second intake valves are intended to receive only fresh air via the associated second inlet duct.

Le système de commande est configuré pour déterminer le mode de fonctionnement du moteur selon un premier mode de fonctionnement correspondant à un régime et/ou charge du moteur faible, un deuxième mode de fonctionnement correspondant à un régime et/ou charge du moteur intermédiaire ou un troisième mode de fonctionnement correspondant à un régime et/ou charge du moteur élevé.The control system is configured to determine the operating mode of the engine according to a first operating mode corresponding to a low engine speed and/or load, a second operating mode corresponding to an intermediate engine speed and/or load or a third operating mode corresponding to a high engine speed and/or load.

Par exemple, les trois modes de fonctionnement sont déterminés par un organe de détection du régime/charge du moteur et la comparaison avec une valeur de seuil pour déterminer dans quel mode fonctionne le moteur.For example, the three modes of operation are determined by an engine speed/load detection device and comparison with a threshold value to determine in which mode the engine is operating.

Avantageusement, lorsque le moteur se trouve dans le troisième mode de fonctionnement, le système de commande est configuré pour commander la fermeture de la vanne EGR HP et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes.Advantageously, when the engine is in the third operating mode, the control system is configured to control the closing of the HP EGR valve and the maximum opening of the second valves.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation du flux d’air des deuxièmes soupapes est un système de levée de soupape variable configuré pour faire varier la hauteur de levée de la soupape, notamment de diminuer sa levée par rapport à sa levée maximale. Un tel système est connu sous le nom, ou « variable valve lift », d’acronyme « VVL » en termes anglo-saxons. Les dispositifs VVL sont connus et ne seront pas davantage décrits. On peut se référer, par exemple au document EP 1 880 087 – B1.According to one embodiment, the device for regulating the air flow of the second valves is a variable valve lift system configured to vary the lift height of the valve, in particular to decrease its lift relative to its maximum lift. Such a system is known as, or “variable valve lift”, acronym “VVL” in Anglo-Saxon terms. VVL devices are known and will not be described further. Reference may be made, for example, to document EP 1 880 087 - B1.

Avantageusement, dans le cas d’un système VVL, lorsque le moteur se trouve dans le premier mode de fonctionnement, le système de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP 26 et l’ouverture minimale des deuxièmes soupapes.Advantageously, in the case of a VVL system, when the engine is in the first operating mode, the control system is configured to control the opening of the EGR valve HP 26 and the minimum opening of the second valves.

En fermant la soupape d’admission, ou en minimisant son ouverture, les vitesses dans le premier conduit sont fortement augmentées avec un mouvement aérodynamique de type « swirl » correspondant à un mouvement de rotation de la charge gazeuse dans l’axe du cylindre du moteur. Un fort taux de gaz d’échappement recirculés peut donc être admis dans le cylindre tout en assurant la stabilité de combustion du moteur.By closing the intake valve, or by minimizing its opening, the speeds in the first duct are greatly increased with an aerodynamic movement of the "swirl" type corresponding to a rotational movement of the gaseous charge in the axis of the engine cylinder . A high rate of recirculated exhaust gas can therefore be admitted into the cylinder while ensuring engine combustion stability.

Avantageusement, dans le cas d’un système VVL, lorsque le moteur se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement, le système de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP et une ouverture intermédiaire des deuxièmes soupapes.Advantageously, in the case of a VVL system, when the engine is in the second operating mode, the control system is configured to control the opening of the HP EGR valve and an intermediate opening of the second valves.

En ouvrant la soupape d’admission et la vanne EGR HP, le mouvement aérodynamique généré dans les cylindres est de type « tumble » correspondant à un mouvement de rotation de la charge gazeuse selon un axe perpendiculaire à l’axe du cylindre du moteur.By opening the intake valve and the HP EGR valve, the aerodynamic movement generated in the cylinders is of the “tumble” type corresponding to a rotational movement of the gaseous charge along an axis perpendicular to the axis of the engine cylinder.

Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de régulation du flux d’air des deuxièmes soupapes est un système de déconnexion de soupape. According to another embodiment, the device for regulating the air flow of the second valves is a valve disconnection system.

On peut se référer, par exemple au document FR 2 916 806 – A1.Reference may be made, for example, to document FR 2 916 806-A1.

Avantageusement, dans le cas d’un système de déconnexion, lorsque le moteur se trouve dans le premier mode de fonctionnement, le système de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP et la fermeture des deuxièmes soupapes.Advantageously, in the case of a disconnection system, when the engine is in the first operating mode, the control system is configured to control the opening of the HP EGR valve and the closing of the second valves.

Avantageusement, dans le cas d’un système de déconnexion, lorsque le moteur se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement, le système de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes.Advantageously, in the case of a disconnection system, when the engine is in the second operating mode, the control system is configured to control the opening of the HP EGR valve and the maximum opening of the second valves.

Avantageusement, l’air frais admis dans le collecteur d’admission et les gaz d’échappement recyclés à partir de la sortie du collecteur d’échappement sont sensiblement à la même pression.Advantageously, the fresh air admitted into the intake manifold and the exhaust gases recycled from the outlet of the exhaust manifold are at substantially the same pressure.

Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les conduits d’admission de chaque cylindre d’un moteur tel que décrit précédemment, dans lequel on commande l’ouverture et la fermeture de la vanne EGR HP et le dispositif de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes selon trois modes de fonctionnement du moteur.According to a second aspect, the invention relates to a method for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the intake ducts of each cylinder of an engine as described above, in which the opening and closing of the HP EGR valve and the air flow control device via the second valves according to three engine operating modes.

D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other aims, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:

représente, de manière très schématique, un exemple de structure d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile équipé d’une ligne de recirculation des gaz d’échappement et d’un système de commande de la répartition en air frais et en gaz recirculés dans les cylindres selon l’invention ; shows, very schematically, an example of the structure of an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with an exhaust gas recirculation line and a system for controlling the distribution of fresh air and gases recirculated in the cylinders according to the invention;

illustre un tableau représentant la commande de la répartition en air frais et en gaz recirculés dans les cylindres selon le mode de fonctionnement du moteur ; illustrates a table representing the control of the distribution of fresh air and gases recirculated in the cylinders according to the mode of operation of the engine;

illustrent de manière très schématique le mouvement aérodynamique du fluide admis dans les cylindres, respectivement selon un premier mode de fonctionnement et selon un mode de fonctionnement intermédiaire du moteur ; et very schematically illustrate the aerodynamic movement of the fluid admitted into the cylinders, respectively according to a first operating mode and according to an intermediate operating mode of the engine; and

représente la synoptique d’un procédé de commande de la répartition en air frais et en gaz recirculés dans les cylindres selon l’invention mise en œuvre par le système de la . represents the block diagram of a method for controlling the distribution of fresh air and gases recirculated in the cylinders according to the invention implemented by the system of the .

Sur la , on a représenté, de manière schématique, la structure générale d’un moteur à combustion interne 10 à allumage commandé, notamment de type atmosphérique, d’un véhicule automobile.On the , there is shown, schematically, the general structure of an internal combustion engine 10 with spark ignition, in particular of the atmospheric type, of a motor vehicle.

Ces architectures sont données à titre d’exemple et ne limitent par l’invention à la seule configuration à laquelle peut s’appliquer la réduction de la consommation de carburant selon l’invention.These architectures are given by way of example and do not limit the invention to the single configuration to which the reduction in fuel consumption according to the invention can be applied.

Dans l’exemple illustré, le moteur à combustion interne 10 comprend, de manière non limitative, trois cylindres 12 en ligne, un collecteur d’admission d’air frais 14 et un collecteur d’échappement 16.In the example illustrated, the internal combustion engine 10 comprises, without limitation, three cylinders 12 in line, a fresh air intake manifold 14 and an exhaust manifold 16.

Les cylindres 12 sont alimentés en air par l’intermédiaire du collecteur d’admission 14, ou répartiteur d’admission, lui-même alimenté par une conduite 18 pourvue d’un boitier papillon 20.The cylinders 12 are supplied with air via the intake manifold 14, or intake distributor, itself supplied by a pipe 18 provided with a throttle body 20.

Tel qu’illustré, chaque cylindre est alimenté par du carburant.As shown, each cylinder is powered by fuel.

En ce qui concerne le collecteur d’échappement 16, celui-ci récupère les gaz d’échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l’extérieur, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement des gaz 22.As regards the exhaust manifold 16, this collects the exhaust gases resulting from combustion and evacuates them to the outside, via a gas exhaust duct 22.

Tel qu’illustré, le moteur 10 comprend un circuit de recirculation 24 partielle des gaz d’échappement à l’admission, dits « exhaust gas recirculation » ou « EGR », en termes anglo-saxons.As illustrated, the engine 10 comprises a partial exhaust gas recirculation circuit 24 at the intake, called “exhaust gas recirculation” or “EGR”, in Anglo-Saxon terms.

Le circuit 24 de recirculation des gaz d’échappement prend naissance en un point du conduit d’échappement 22 en aval du collecteur d’échappement 16 et renvoie les gaz d’échappement en un point de la conduite d’alimentation 14 en aval du boitier papillon 20. Le circuit 24 de recirculation comprend, de manière nullement limitative, une première vanne « V EGR HP » 26 configurée pour réguler le débit des gaz d’échappement à haute pression et un échangeur thermique 28. Ce circuit 24 est un circuit de recirculation des gaz d’échappement à haute pression, dit « EGR HP », car les gaz d’échappement prélevés n’ont pas subi une détente après leur sortie du moteur.The exhaust gas recirculation circuit 24 originates at a point in the exhaust duct 22 downstream of the exhaust manifold 16 and returns the exhaust gases to a point in the supply line 14 downstream of the box. throttle valve 20. Recirculation circuit 24 comprises, in no way limiting, a first "V EGR HP" valve 26 configured to regulate the flow of high pressure exhaust gases and a heat exchanger 28. This circuit 24 is a recirculation of high-pressure exhaust gases, known as “EGR HP”, because the extracted exhaust gases have not undergone expansion after leaving the engine.

Le circuit 24 de recirculation des gaz d’échappement est configuré pour récupérer une partie des gaz d’échappement et les réinjecter dans le collecteur d’admission d’air 14, afin de limiter la sensibilité au cliquetis du moteur, ce qui permet d’augmenter l’avance à l’allumage et de réduire la consommation de carburant du moteur pour la production d’un couple identique.The exhaust gas recirculation circuit 24 is configured to recover part of the exhaust gases and reinject them into the air intake manifold 14, in order to limit the engine's sensitivity to knocking, which makes it possible to increase ignition advance and reduce engine fuel consumption for the same torque output.

Le moteur 10 comprend en outre deux soupapes d’admission 1, 2 par cylindre 12. En variante, on pourrait prévoir un nombre différent de soupape d’admission par cylindre, par exemple supérieur ou égal à trois.The engine 10 further comprises two intake valves 1, 2 per cylinder 12. Alternatively, a different number of intake valves could be provided per cylinder, for example greater than or equal to three.

Chaque soupape d’admission 1, 2 est reliée au collecteur d’admission 14 par un conduit d’admission 31, 32.Each intake valve 1, 2 is connected to the intake manifold 14 by an intake duct 31, 32.

Le circuit 24 de recirculation des gaz d’échappement est connecté aux premiers conduits d’admission 31, en amont des premières soupapes d’admission 1. Ainsi, les premières soupapes d’admission 1 reçoivent des gaz recirculés et/ou de l’air frais et les deuxièmes soupapes d’admission 2 ne reçoivent que de l’air frais via le deuxième conduit d’admission 32 associé.The exhaust gas recirculation circuit 24 is connected to the first intake ducts 31, upstream of the first intake valves 1. Thus, the first intake valves 1 receive recirculated gases and/or air cool and the second intake valves 2 receive only cool air via the associated second intake duct 32 .

Les deuxièmes soupapes d’admission 2 de chaque cylindre 12 sont couplées à un dispositif 40 de régulation du flux d’air, tel que par exemple un système configuré pour faire varier la hauteur de levée de la soupape, notamment de diminuer sa levée par rapport à sa levée maximale. Un tel système est connu sous le nom de levée de soupape variable, ou « variable valve lift », d’acronyme « VVL » en termes anglo-saxons. Les dispositifs VVL sont connus et ne seront pas d’avantage décrits. On peut se référer, par exemple au document EP 1 880 087 – B1. Le dispositif 40 de régulation du flux pourrait également être un système de déconnexion de soupape. On peut se référer, par exemple au document FR 2 916 806 – A1.The second intake valves 2 of each cylinder 12 are coupled to a device 40 for regulating the air flow, such as for example a system configured to vary the lift height of the valve, in particular to reduce its lift with respect to at its maximum lift. Such a system is known as variable valve lift, or “variable valve lift”, acronym “VVL” in Anglo-Saxon terms. VVL devices are known and will not be further described. Reference may be made, for example, to document EP 1 880 087 - B1. The flow control device 40 could also be a valve disconnect system. Reference may be made, for example, to document FR 2 916 806-A1.

Dans l’exemple illustré sur la , l’air frais admis dans le boitier papillon 20 et les gaz d’échappement recyclés à partir de la sortie du collecteur d’échappement 16 sont sensiblement à la même pression.In the example shown in the , the fresh air admitted into the throttle body 20 and the exhaust gases recycled from the outlet of the exhaust manifold 16 are at substantially the same pressure.

Le moteur 10 comprend en outre deux soupapes d’échappement (non référencées) par cylindre 12. En variante, on pourrait prévoir un nombre différent de soupape d’échappement par cylindre, par exemple égal à un ou supérieur ou égal à trois.The engine 10 further comprises two exhaust valves (not referenced) per cylinder 12. Alternatively, a different number of exhaust valves could be provided per cylinder, for example equal to one or greater than or equal to three.

Le moteur 10 comprend en outre un système 50 de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les conduits d’admission 31, 32. Le système 50 de commande est configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de la vanne EGR HP 26 et le dispositif 40 de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes 2 selon trois modes de fonctionnement du moteur 10.The engine 10 further comprises a system 50 for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the intake ducts 31, 32. The control system 50 is configured to control the opening and closing of the HP EGR valve 26 and the device 40 for regulating the air flow via the second valves 2 according to three operating modes of the engine 10.

Le premier mode de fonctionnement M1 correspond à un régime et/ou charge du moteur faible.The first operating mode M1 corresponds to a low engine speed and/or load.

Le deuxième mode de fonctionnement M2 correspond à un régime et/ou charge du moteur intermédiaire.The second operating mode M2 corresponds to an intermediate engine speed and/or load.

Le troisième mode de fonctionnement M3 correspond à un régime et/ou charge du moteur élevé.The third operating mode M3 corresponds to a high engine speed and/or load.

Les trois modes de fonctionnement sont déterminés par un organe (non représenté) de détection du régime/charge du moteur et la comparaison avec une valeur de seuil pour déterminer dans quel mode fonctionne le moteur 10.The three operating modes are determined by a device (not shown) for detecting engine speed/load and comparison with a threshold value to determine in which mode the engine 10 is operating.

Le tableau illustré sur la représente la commande de la vanne EGR HP 26 et du dispositif 40 de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes 2 selon trois modes M1, M2, M3 de fonctionnement du moteur 10.The table shown on the represents the control of the HP EGR valve 26 and of the device 40 for regulating the air flow via the second valves 2 according to three operating modes M1, M2, M3 of the engine 10.

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le premier mode de fonctionnement M1, le système 50 de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP 26 et la fermeture des deuxièmes soupapes 2 en cas de système de déconnexion ou l’ouverture minimale des deuxièmes soupapes 2 en cas de système VVL.When the engine 10 is in the first operating mode M1, the control system 50 is configured to control the opening of the HP EGR valve 26 and the closing of the second valves 2 in the event of a disconnection system or the minimum opening second valves 2 in case of VVL system.

En fermant la soupape d’admission 2, ou en minimisant son ouverture, les vitesses dans le premier conduit 31 sont fortement augmentées avec un mouvement aérodynamique de type « swirl » correspondant à un mouvement de rotation de la charge gazeuse dans l’axe du cylindre 12 du moteur. Un fort taux de gaz d’échappement recirculés peut donc être admis dans le cylindre tout en assurant la stabilité de combustion du moteur.By closing the inlet valve 2, or by minimizing its opening, the speeds in the first duct 31 are greatly increased with an aerodynamic movement of the "swirl" type corresponding to a rotational movement of the gaseous charge in the axis of the cylinder 12 of the engine. A high rate of recirculated exhaust gas can therefore be admitted into the cylinder while ensuring engine combustion stability.

Ce mouvement aérodynamique « swirl » est visible sur la .This aerodynamic "swirl" movement is visible on the .

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le troisième mode de fonctionnement M3, le système 50 de commande est configuré pour commander la fermeture de la vanne EGR HP 26 et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes 2.When the engine 10 is in the third operating mode M3, the control system 50 is configured to control the closing of the HP EGR valve 26 and the maximum opening of the second valves 2.

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement M2, le système 50 de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne EGR HP 26 et une ouverture intermédiaire des deuxièmes soupapes 2 dans le cas de système VVL. Dans le cas d’un système de déconnexion, le système 50 de commande est configuré pour commander l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes 2.When the engine 10 is in the second operating mode M2, the control system 50 is configured to control the opening of the HP EGR valve 26 and an intermediate opening of the second valves 2 in the case of the VVL system. In the case of a disconnection system, the control system 50 is configured to control the maximum opening of the second valves 2.

En ouvrant la soupape d’admission 2 et en ouvrant la vanne EGR HP 26, le mouvement aérodynamique généré dans les cylindres 12 est de type « tumble » correspondant à un mouvement de rotation de la charge gazeuse selon un axe perpendiculaire à l’axe du cylindre 12 du moteur.By opening the intake valve 2 and by opening the HP EGR valve 26, the aerodynamic movement generated in the cylinders 12 is of the "tumble" type corresponding to a rotational movement of the gaseous charge along an axis perpendicular to the axis of the engine cylinder 12.

Ce mouvement aérodynamique « tumble » est visible sur la .This "tumble" aerodynamic movement is visible on the .

En variante, le moteur pourrait être de type suralimenté par un turbocompresseur.As a variant, the engine could be of the type supercharged by a turbocharger.

Dans ce cas, les gaz d’échappement sont prélevés en amont de la turbine du turbocompresseur dans le sens de circulation des gaz d’échappement et réintroduits en aval du compresseur du turbocompresseur dans un premier conduit d’admission 1 de chaque cylindre 12. En d’autres termes, les gaz prélevés n’ayant pas encore subi une détente dans la turbine, il s’agit d’un circuit de recirculation des gaz d’échappement à haute pression, dit « EGR HP ».In this case, the exhaust gases are taken upstream of the turbine of the turbocharger in the direction of circulation of the exhaust gases and reintroduced downstream of the compressor of the turbocharger in a first intake duct 1 of each cylinder 12. in other words, the gas withdrawn having not yet undergone expansion in the turbine, it is a high pressure exhaust gas recirculation circuit, called “EGR HP”.

Là encore, l’air frais admis dans le boitier papillon 20 et les gaz d’échappement recyclés à partir de la sortie du collecteur d’échappement 16 sont sensiblement à la même pression.Here again, the fresh air admitted into the throttle body 20 and the exhaust gases recycled from the outlet of the exhaust manifold 16 are at substantially the same pressure.

Tel qu’illustré sur la , un procédé 100 de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les conduits d’admission 31, 32 de chaque cylindre 12.As shown on the , a method 100 for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the intake ducts 31, 32 of each cylinder 12.

Le procédé 100 de commande comprend une étape 110 de détermination du mode de fonctionnement du moteur est selon trois modes M1, M2, M3 de fonctionnement du moteur 10.The control method 100 includes a step 110 of determining the operating mode of the motor according to three operating modes M1, M2, M3 of the motor 10.

Le premier mode de fonctionnement M1 correspond à un régime et/ou charge du moteur faible.The first operating mode M1 corresponds to a low engine speed and/or load.

Le deuxième mode de fonctionnement M2 correspond à un régime et/ou charge du moteur intermédiaire.The second operating mode M2 corresponds to an intermediate engine speed and/or load.

Le troisième mode de fonctionnement M3 correspond à un régime et/ou charge du moteur élevé.The third operating mode M3 corresponds to a high engine speed and/or load.

Les trois modes de fonctionnement sont déterminés par un organe (non représenté) de détection du régime/charge du moteur et la comparaison avec une valeur de seuil pour déterminer dans quel mode fonctionne le moteur 10.The three operating modes are determined by a device (not shown) for detecting engine speed/load and comparison with a threshold value to determine in which mode the engine 10 is operating.

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le premier mode de fonctionnement M1, on commande, à l’étape 112, l’ouverture de la vanne EGR HP 26 et la fermeture des deuxièmes soupapes 2 en cas de système de déconnexion ou l’ouverture minimale des deuxièmes soupapes 2 en cas de système VVL.When the engine 10 is in the first operating mode M1, in step 112, the opening of the HP EGR valve 26 and the closing of the second valves 2 in the event of a disconnection system or the minimum opening are controlled. second valves 2 in case of VVL system.

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement M2, on commande, à l’étape 114, l’ouverture de la vanne EGR HP 26 et une ouverture intermédiaire des deuxièmes soupapes 2 dans le cas de système VVL. Dans le cas d’un système de déconnexion, l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes 2 est commandée.When the engine 10 is in the second operating mode M2, in step 114, the opening of the HP EGR valve 26 and an intermediate opening of the second valves 2 in the case of the VVL system are commanded. In the case of a disconnection system, the maximum opening of the second valves 2 is controlled.

Lorsque le moteur 10 se trouve dans le troisième mode de fonctionnement M3, on commande, à l’étape 116, la fermeture de la vanne EGR HP 26 et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes 2.When the engine 10 is in the third operating mode M3, in step 116, the closing of the HP EGR valve 26 and the maximum opening of the second valves 2 are commanded.

Grace à l’invention, on peut réduire la consommation de carburant par rapport un système EGR classique.Thanks to the invention, fuel consumption can be reduced compared to a conventional EGR system.

L’utilisation d’un système VVL apporte plus de flexibilité qu’un système de déconnexion de soupape grâce à la possibilité de faire varier continûment la levée des deuxièmes soupapes 2 entre leur position minimale et maximale.The use of a VVL system provides more flexibility than a valve disconnection system thanks to the possibility of continuously varying the lift of the second valves 2 between their minimum and maximum position.

Claims (11)

Moteur (10) à allumage commandé comprenant au moins trois cylindres (12), un collecteur d’admission d’air frais (14) relié à chaque cylindre par deux conduits d’admission (31, 32), un collecteur d’échappement (16) et un circuit de recirculation (24) des gaz d’échappement à l’admission connecté en aval du collecteur d’échappement (16) et au premier conduit d’admission (31) de chaque cylindre, le circuit (24) de recirculation comprenant une vanne (EGR HP 26) configurée pour réguler le débit des gaz d’échappement à haute pression recyclés à l’admission du moteur, le moteur (10) comprend en outre au moins deux soupapes d’admission (1, 2) par cylindre (12) et au moins une soupape d’échappement par cylindre (12), les premières soupapes d’admission (1) étant reliées au collecteur d’admission (14) par le premier conduit d’admission (31) et les deuxièmes soupapes d’admission (2) étant reliées au collecteur d’admission (14) par un deuxième conduit d’admission (32), les deuxièmes soupapes d’admission (2) étant couplées à un dispositif (40) de régulation du flux d’air, caractérisé en ce qu’il comprend un système (50) de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les premiers conduits d’admission (31, 32) d’un cylindre (12) configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de la vanne (EGR HP 26) et le dispositif (40) de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes (2) selon trois modes (M1, M2, M3) de fonctionnement du moteur (10), et en ce que les premières soupapes d’admission (1) sont destinées à recevoir des gaz d’échappement recirculés et/ou de l’air frais via le premier conduit d’admission (31) associé et les deuxièmes soupapes d’admission (2) sont destinées à recevoir uniquement de l’air frais via le deuxième conduit d’admission (32) associé.Spark-ignition engine (10) comprising at least three cylinders (12), a fresh air intake manifold (14) connected to each cylinder by two intake ducts (31, 32), an exhaust manifold ( 16) and an intake exhaust gas recirculation circuit (24) connected downstream of the exhaust manifold (16) and to the first intake duct (31) of each cylinder, the circuit (24) of recirculation comprising a valve (EGR HP 26) configured to regulate the flow of the high pressure exhaust gases recirculated to the intake of the engine, the engine (10) further comprises at least two intake valves (1, 2) per cylinder (12) and at least one exhaust valve per cylinder (12), the first intake valves (1) being connected to the intake manifold (14) via the first intake duct (31) and the second intake valves (2) being connected to the intake manifold (14) by a second intake duct (32), the second intake valves tion (2) being coupled to a device (40) for regulating the flow of air, characterized in that it comprises a system (50) for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the first intake ducts (31, 32) of a cylinder (12) configured to control the opening and closing of the valve (EGR HP 26) and the device (40) for regulating the air flow via the second valves (2) according to three operating modes (M1, M2, M3) of the engine (10), and in that the first intake valves (1) are intended to receive recirculated exhaust gases and/or fresh air via the associated first intake duct (31) and the second intake valves (2) are intended to receive only fresh air via the associated second intake duct (32). Moteur (10) selon la revendication 1, dans lequel le système (50) de commande est configuré pour déterminer le mode de fonctionnement du moteur selon un premier mode de fonctionnement (M1) correspondant à un régime et/ou charge du moteur faible, un deuxième mode de fonctionnement (M2) correspondant à un régime et/ou charge du moteur intermédiaire ou un troisième mode de fonctionnement (M3) correspondant à un régime et/ou charge du moteur élevé.Engine (10) according to claim 1, in which the control system (50) is configured to determine the operating mode of the engine according to a first operating mode (M1) corresponding to a low engine speed and/or load, a second operating mode (M2) corresponding to an intermediate engine speed and/or load or a third operating mode (M3) corresponding to a high engine speed and/or load. Moteur (10) selon la revendication 2, dans lequel lorsque le moteur (10) se trouve dans le troisième mode de fonctionnement (M3), le système (50) de commande est configuré pour commander la fermeture de la vanne (EGR HP 26) et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes (2).Engine (10) according to claim 2, wherein when the engine (10) is in the third operating mode (M3), the control system (50) is configured to control the closing of the valve (EGR HP 26) and the maximum opening of the second valves (2). Moteur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif (40) de régulation du flux d’air des deuxièmes soupapes (2) est un système de levée de soupape variable configuré pour faire varier la hauteur de levée de la soupape.Engine (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein the device (40) for regulating the air flow of the second valves (2) is a variable valve lift system configured to vary the height of valve lift. Moteur (10) selon la revendication 4 et l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel lorsque le moteur (10) se trouve dans le premier mode de fonctionnement (M1), le système (50) de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne (EGR HP 26) et l’ouverture minimale des deuxièmes soupapes (2).Motor (10) according to Claim 4 and one of Claims 2 or 3, in which when the motor (10) is in the first mode of operation (M1), the control system (50) is configured to control the opening of the valve (EGR HP 26) and the minimum opening of the second valves (2). Moteur (10) selon la revendication 4 ou 5 et l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel lorsque le moteur (10) se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement (M2), le système (50) de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne (EGR HP 26) et une ouverture intermédiaire des deuxièmes soupapes (2).Motor (10) according to Claim 4 or 5 and one of Claims 2 or 3, in which when the motor (10) is in the second operating mode (M2), the control system (50) is configured to controlling the opening of the valve (EGR HP 26) and an intermediate opening of the second valves (2). Moteur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif (40) de régulation du flux d’air des deuxièmes soupapes (2) est un système de déconnexion de soupape.Engine (10) according to any one of claims 1 to 3, in which the device (40) for regulating the airflow of the second valves (2) is a valve disconnection system. Moteur (10) selon la revendication 7 et l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel lorsque le moteur (10) se trouve dans le premier mode de fonctionnement (M1), le système (50) de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne (EGR HP 26) et la fermeture des deuxièmes soupapes (2).Motor (10) according to Claim 7 and one of Claims 2 or 3, in which when the motor (10) is in the first mode of operation (M1), the control system (50) is configured to control the opening of the valve (EGR HP 26) and closing of the second valves (2). Moteur (10) selon la revendication 7 ou 8 et l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel lorsque le moteur (10) se trouve dans le deuxième mode de fonctionnement (M2), le système (50) de commande est configuré pour commander l’ouverture de la vanne (EGR HP 26) et l’ouverture maximale des deuxièmes soupapes (2).Motor (10) according to Claim 7 or 8 and one of Claims 2 or 3, in which when the motor (10) is in the second operating mode (M2), the control system (50) is configured to control the opening of the valve (EGR HP 26) and the maximum opening of the second valves (2). Moteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’air frais admis dans le collecteur d’admission (14) et les gaz d’échappement recyclés à partir de la sortie du collecteur d’échappement (16) sont sensiblement à la même pression.An engine (10) according to any preceding claim, wherein the fresh air admitted to the intake manifold (14) and the exhaust gases recirculated from the outlet of the exhaust manifold (16) are substantially the same pressure. Procédé (100) de commande de la répartition en air frais et en gaz d’échappement recirculés dans les conduits d’admission (31, 32) de chaque cylindre (12) d’un moteur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on commande l’ouverture et la fermeture de la vanne (EGR HP 26) et le dispositif (40) de régulation du flux d’air via les deuxièmes soupapes (2) selon trois modes (M1, M2, M3) de fonctionnement du moteur (10).Method (100) for controlling the distribution of fresh air and recirculated exhaust gas in the intake ducts (31, 32) of each cylinder (12) of an engine (10) according to any one of the claims previous versions, in which the opening and closing of the valve (EGR HP 26) and the device (40) for regulating the air flow via the second valves (2) are controlled according to three modes (M1, M2, M3) motor operation (10).
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