FR2914698A3 - Dispositif et procede de recyclage des gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

Dispositif et procede de recyclage des gaz d'echappement d'un moteur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant un conduit de dérivation (2) des gaz d'échappement entre le conduit d'échappement (3) et le conduit d'admission (4) du moteur, lequel conduit de dérivation (2) comprend un échangeur de chaleur (21) et une première vanne (22), disposée en aval de l'échangeur (21), relativement au sens de circulation des gaz d'échappement dans le conduit de dérivation (2), caractérisé en ce que le conduit de dérivation (2) comprend une deuxième vanne (23) disposée en amont de l'échangeur (21).

Description

L'invention concerne un dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un
moteur à combustion interne. L'invention concerne également un moteur à combustion interne muni d'un tel dispositif.
L'invention pourra s'appliquer indifféremment à un moteur à turbocompresseur ou sans turbocompresseur, de type diesel ou essence. Sur les moteurs à combustion interne, la présence d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement (encore appelé circuit EGR) s'est généralisée pour des questions de pollution du moteur.
Cependant, la présence d'un tel circuit modifie le remplissage en air du moteur (admission), notamment dans des zones de fonctionnement du moteur à pleine charge. Les niveaux de performance des moteurs sont donc affectés par la présence d'un tel circuit, pour les différents régimes de fonctionnement du moteur. On sait que le volume du circuit EGR et la position de la vanne dudit circuit, disposée dans le conduit de recirculation du circuit EGR, sont les principaux facteurs qui influent sur le remplissage en pleine charge du moteur.
Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne permettant de pallier ces inconvénients. Un objectif est également de proposer un procédé de commande d'un tel dispositif.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un moteur à combustion interne muni du dispositif selon l'invention. Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, il est prévu dans le cadre de l'invention un dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant un conduit de dérivation des gaz d'échappement entre le conduit d'échappement et le conduit d'admission du moteur, lequel conduit de dérivation comprend un échangeur de chaleur et une première vanne, disposée en aval de l'échangeur, relativement au sens de circulation des gaz d'échappement dans le conduit de dérivation, caractérisé en ce que le conduit de dérivation comprend une deuxième vanne disposée en amont de l'échangeur. Le dispositif selon l'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes : pour un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur, caractérisé en ce que le conduit de dérivation relie le conduit d'échappement au conduit d'admission entre une portion dudit conduit d'échappement située en amont de la turbine du turbocompresseur, relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement, et une portion dudit conduit d'admission située en aval du compresseur, relativement au sens d'écoulement des gaz admis dans le moteur ; - les vannes sont respectivement disposées à l'une ou l'autre des extrémités du conduit de dérivation. Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, il est également prévu dans le cadre de l'invention un procédé de commande du dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : o si le moteur fonction à bas régime, on ferme ou on maintient fermées les deux vannes du conduit de dérivation ; o si le moteur fonctionne à mi-régime, on ouvre ou on maintient ouvert la deuxième vanne d'une part et on ferme ou on maintient fermée la première vanne d'autre part ; o si le moteur fonctionne à haut régime, on ouvre ou on maintient ouvert la première vanne d'une part et on ferme ou on maintient fermée la deuxième vanne d'autre part. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de recyclage des gaz d'échappement selon l'invention ; la figure 2 représente l'évolution du rendement volumétrique corrigé du moteur ricoR en fonction du régime moteur N, pour différents états d'ouverture/fermeture des vannes du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention comprend un conduit de dérivation 2 des gaz d'échappement entre le conduit d'échappement 3 et l'admission 10 4 du moteur 1. Le conduit de dérivation 2 comprend un échangeur de chaleur 21, une première vanne 22, disposée en aval de l'échangeur, relativement au sens 5 de circulation des gaz d'échappement dans le conduit de dérivation 2. 15 Le conduit de dérivation 2 comprend également une deuxième vanne 23, disposée en amont de l'échangeur de chaleur 21 du circuit EGR, toujours relativement au sens d'écoulement 5 des gaz d'échappement dans le moteur 1. Les vannes 22, 23 pourront être disposées à l'une ou l'autre des 20 extrémités du conduit de dérivation 2, respectivement. Le moteur illustré sur la figure 1 comprend également un turbocompresseur constitué d'une turbine 6 et d'un compresseur 7, mais cette configuration n'a rien de limitatif pour l'invention car celle-ci peut s'appliquer à un moteur sans turbocompresseur. 25 Le dispositif selon l'invention permet, dans les plages de fonctionnement du moteur où les gaz d'échappement ne circulent pas depuis le conduit d'échappement 3 vers l'admission 4, de moduler les fréquences de résonance du conduit d'échappement 3 et du conduit d'admission 4 afin de favoriser le remplissage et la vidange du ou des 30 cylindres du moteur 1. Les stratégies de commande à l'ouverture/fermeture de l'une ou l'autre ou des deux vannes 22, 23 sont ainsi gérées en fonction des fréquences propres des conduits d'admission 4 et d'échappement 3.
On comprend ainsi que ces stratégies de commande dépendront du régime moteur, ce régime fournissant la fréquence d'excitation des conduits d'échappement 3 et d'admission 4. On a illustré sur la figure 2, l'évolution du rendement volumétrique corrigé du moteur flCOR en fonction de l'évolution du régime moteur N (tr/mn), et pour différentes configurations de l'état d'ouverture/fermeture des vannes 22, 23. La courbe 10 (triangle) montre l'évolution du rendement volumétrique corrigé du moteur en fonction du régime moteur, lorsque les deux vannes 22, 23 sont fermées. Dans ces conditions, aucun gaz d'échappement n'est recirculé vers l'admission du moteur 1, et le conduit de dérivation 2 est totalement clos. Ni la fréquence de résonance du conduit d'échappement 3, ni celle du conduit d'admission 4 n'est modifiée par celle du conduit de dérivation 2. En effet, on a pu montrer que le rendement iicoR du moteur est particulièrement élevé lorsque le moteur fonctionne à bas régime, par exemple en deçà de 2500tr/mn (figure 2).
La courbe 20 (carré) montre l'évolution du rendement volumétrique corrigé du moteur en fonction du régime moteur, lorsque la deuxième vanne 23 (vanne amont) est fermée et la première vanne 22 (vanne aval) est ouverte. Dans ces conditions, aucun gaz d'échappement n'est recirculé vers l'admission du moteur 1, et le conduit de dérivation 2 est donc ouvert seulement du côté de l'admission moteur. La fréquence de résonance du conduit d'admission 4 est donc modifiée par le volume du conduit de dérivation 2. En effet, on a pu montrer que le rendement î - du moteur est alors particulièrement élevé lorsque le moteur fonctionne à haut régime, par exemple au-delà de 4000 tr/mn (figure 2). La courbe 30 (losange) montre l'évolution du rendement volumétrique corrigé du moteur en fonction du régime moteur, lorsque la deuxième vanne 23 (vanne amont) est ouverte et la première vanne 22 (vanne aval) est fermée. Dans ces conditions, aucun gaz d'échappement n'est recirculé vers l'admission du moteur 1, et le conduit de dérivation 2 est donc ouvert 5 seulement du côté de l'échappement moteur. La fréquence de résonance du conduit d'échappement 3 est donc modifiée par le volume du conduit de dérivation 2. En effet, on a pu montrer que le rendement riCOR du moteur est particulièrement élevé lorsque le moteur fonctionne à mi-régime, par 10 exemple entre 2500 et 4000 tr/mn (figure 2). Le procédé de commande du dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne peut donc se résumer ainsi: - si le moteur fonction à bas régime, on ferme ou on 15 maintient fermées les deux vannes 22, 23 du conduit de dérivation 2 ; - si le moteur fonctionne à mi-régime, on ouvre ou on maintient ouvert la deuxième vanne 23 d'une part et on ferme ou on maintient fermée la première vanne 22 d'autre 20 part ; - si le moteur fonctionne à haut régime, on ouvre ou on maintient ouvert la première vanne 22 d'une part et on ferme ou on maintient fermée la deuxième vanne 22 d'autre part.
25 Le fait de prévoir deux vannes au sein du dispositif de recirculation des gaz d'échappement, à savoir une vanne de part et d'autre de l'échangeur de chaleur 21 du conduit de dérivation 2, associée à une stratégie de commande de ces deux vannes 22, 23 est donc très avantageux.
30 La commande à l'ouverture/fermeture des vannes, et plus précisément de la première vanne 22, est réalisée de manière classique par un calculateur (non représenté), en fonction de différents paramètres moteurs en conditions de boucle ouverte, et en fonction de l'information de positionnement de la vanne en boucle fermée ; le régime moteur étant quant à lui une information permettant de gérer le fonctionnement de la deuxième vanne 23. Le calculateur n'a donc au final, qu'un paramètre (actionnement de 5 la deuxième vanne) en plus à gérer, par rapport à un dispositif classique. 10

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant un conduit de dérivation (2) des gaz d'échappement entre le conduit d'échappement (3) et le conduit d'admission (4) du moteur, lequel conduit de dérivation (2) comprend un échangeur de chaleur (21) et une première vanne (22), disposée en aval de l'échangeur (21), relativement au sens de circulation des gaz d'échappement dans le conduit de dérivation (2), caractérisé en ce que le conduit de dérivation (2) comprend une deuxième vanne (23) disposée en amont de l'échangeur (21).
2. Dispositif selon la revendication précédente, pour un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur (6, 7), caractérisé en ce que le conduit de dérivation (2) relie le conduit d'échappement (3) au conduit d'admission (4) entre une portion dudit conduit d'échappement située en amont de la turbine (6) du turbocompresseur, relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement, et une portion dudit conduit d'admission (4) située en aval du compresseur (7), relativement au sens d'écoulement des gaz admis dans le moteur.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les vannes (22, 23) sont respectivement disposées à l'une ou l'autre des extrémités du conduit de dérivation (2).
4. Procédé de commande du dispositif de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que :- si le moteur fonction à bas régime, on ferme ou on maintient fermées les deux vannes (22, 23) du conduit de dérivation (2) ; si le moteur fonctionne à mi-régime, on ouvre ou on maintient ouvert la deuxième vanne (23) d'une part et on ferme ou on maintient fermée la première vanne (22) d'autre part ; - si le moteur fonctionne à haut régime, on ouvre ou on maintient ouvert la première vanne (22) d'une part et on ferme ou on maintient fermée la deuxième vanne (22) d'autre part.
5. Moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de recyclage des gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 3.
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