FR2919680A3

FR2919680A3 - Dispositif de recyclage de gaz d'echappement dans un turbocompresseur.

Info

Publication number: FR2919680A3
Application number: FR0705588A
Authority: FR
Inventors: Jerome Petit
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-06

Abstract

La présente invention concerne un dispositif recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, le dispositif comprenant un premier conduit d'admission de gaz externes dans le compresseur et un conduit de sortie vers le moteur des gaz comprimés par le compresseur, caractérisé en ce que le dispositif comprend également un second conduit d'admission d'une fraction de gaz d'échappement du moteur récupérée, ce second conduit d'admission étant disposé de façon à déboucher au niveau du point d'admission des gaz externes dans le compresseur du moteur, de façon à mélanger les gaz récupérés avec les gaz externe admis dans le compresseur, le second conduit d'admission étant intégré à la structure du compresseur pour former un même et unique bloc avec le compresseur, le premier conduit d'admission de gaz externes dans le compresseur et le conduit de sortie vers le moteur des gaz comprimés par le compresseur.

Description

Dispositif de recyclage de gaz d'échappement dans un turbocompresseur. La

présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de recyclage des gaz d'échappement de moteur et plus particulièrement aux dispositifs de recyclage des gaz d'échappement au niveau du turbocompresseur d'un moteur pour ensuite les réinjecter au niveau de l'admission d'air moteur. Pour faire face aux contraintes environnementales, il est de plus en plus fréquent qu'une partie des gaz d'échappement de moteur soit réutilisée to dans le fonctionnement du moteur. Ces gaz se trouvent ainsi recyclés et recircularisé en étant mélangé à des gaz externes utilisés habituellement pour le fonctionnement du moteur. Les dispositifs de recyclage de ces gaz, dits E.G.R. (Exhaust Gaz Recirculation), réalisent un prélèvement en sortie de moteur pour ensuite les réinjecter au niveau de l'admission d'air du moteur. is Cette remise en circulation d'une partie des gaz d'échappement a ainsi pour effet d'une part de ralentir la combustion du mélange et d'absorber une partie des calories, ce qui diminue la température de combustion et d'autre part de limiter la présence d'oxygène au niveau des cylindres. La combinaison de ces deux effets va alors entrainer une diminution de la production d'oxydes 20 d'azote lors du fonctionnement du moteur. Le prélèvement se réalise selon deux procédés. Le premier, l'E.G.R. HP (haute pression), qui est aussi le plus répandu, consiste à prélever des gaz d'échappement sur le collecteur échappement (avant la turbine du turbocompresseur) pour les acheminer à l'admission (après le compresseur 25 du turbocompresseur). Le second, l'E.G.R. BP (basse pression), celui qui nous intéresse pour l'invention, consiste à prélever des gaz d'échappement en aval du volume de dépollution des gaz d'échappement qui intègre au moins un catalyseur et/ou un filtre à particules (après la turbine du turbocompresseur) pour les acheminer à l'admission (avant le compresseur 30 du turbocompresseur).

Les dispositifs actuels qui permettent ce recyclage comportent plusieurs pièces différentes, chacune permettant la réalisation d'une fonction particulière, par exemple, une vanne de régulation du conduit des gaz d'échappement récupérés, un piquage du conduit des gaz d'échappement récupérés sur le conduit d'admission d'air, un conduit entre le piquage et la vanne de régulation, etc. Plusieurs accessoires, avec des fonctions différentes se trouvent ainsi positionnés ensemble pour réaliser un même dispositif de recyclage. Cependant, cette situation conduit à une multiplication du nombre de pièces à usiner puis à venir positionner et fixer lo sur le moteur, ce qui présente comme principaux désavantages non seulement de rallonger la durée du temps de montage mais encore d'augmenter les risques de casse. Par ailleurs, le conduit d'admission d'air et/ou des gaz externes est disposé entre le filtre à air et le compresseur. Le filtre à air étant fixé au 15 véhicule et le compresseur étant monté sur le moteur, les variations de mouvements entre ces deux éléments sont absorbés par la souplesse du conduit d'admissiion des gaz externes, généralement en caoutchouc. Le piquage du conduit des gaz d'échappement récupérés sur ce conduit d'admission d'air fait alors face d'une part à un problème de résistance à des 20 températures importantes, les gaz d'échappement récupérés présentant des températures de plusieurs centaines de degrés Celsius (200-300 C), et d'autre part, ici encore, à un problème d'espace, le conduit des gaz d'échappement récupérés étant généralement fixé avec sa vanne de régulation sur le carter du moteur. 25 La présente invention a pour objet de palier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur et notamment de proposer un dispositif qui permette un recyclage de gaz d'échappement par un mélange optimal avec des gaz externes et pour lequel non seulement les risques de casse sont réduits, mais encore qui permette un gain de temps lors du montage voire 30 lors de l'usinage du dispositif. Cet objectif est atteint grâce à un dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion et destiné à être intégré au compresseur d'un turbocompresseur en périphérie d'un moteur, le dispositif comprenant un premier conduit d'admission de gaz externes dans le compresseur et un conduit de sortie vers le moteur des gaz comprimés par le compresseur, ce conduit de sortie vers le moteur étant disposé en périphérie du compresseur de façon récupérer les gaz mélangés par la roue compresseur, caractérisé en ce que le dispositif comprend également un second conduit d'admission d'une fraction récupérée de gaz d'échappement du moteur, ce second conduit d'admission étant disposé de façon à déboucher au niveau du point d'admission des gaz externes dans le io compresseur du moteur, de façon à mélanger les gaz récupérés avec les gaz externes admis clans le compresseur, le second conduit d'admission étant intégré à la structure du compresseur pour former un même et unique bloc avec le compresseur, le premier conduit d'admission de gaz externes dans le compresseur et le conduit de sortie vers le moteur des gaz comprimés par le 15 compresseur. Selon une variante de l'invention, le dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que le second conduit d'admission débouche à proximité du centre du compresseur et de l'axe de rotation de la roue du compresseur. 20 Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que le second conduit d'admission comprend, au niveau du point d'admission du second conduit dans le compresseur, au moins une paroi interne disposée de façon à être tangente à la paroi interne du premier 25 conduit d'admission au niveau du point d'admission du premier conduit d'admission dans le compresseur et/ou à une paroi interne d'un orifice d'admission dans le compresseur dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe de rotation de la roue du compresseur. Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de recyclage 30 d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que le second conduit d'admission vient former une volute dont l'extrémité la plus courbée de la spirale débouche au niveau du point d'admission des gaz externes dans le compresseur du moteur. Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que le second conduit d'admission intègre au moins un moyen de régulation de l'admission des gaz d'échappement récupéré dans le compresseur, ce moyen de régulation étant formé par une vanne gérée par un moyen de contrôle. Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de recyclage lo d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que la jonction de l'amenée de gaz d'échappement récupéré avec le second conduit d'admission fait intervenir au moins un moyen de connexion étanche capable de supporter des températures comprises entre 200 et 300 degré Celsius (200-300 C). 15 Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion est caractérisé en ce que le second conduit d'admission est connecté à un moyen de récupération des gaz d'échappement qui récupère des gaz en sortie d'un dispositif de dépollution des gaz d'échappement intégrant au 20 moins un catalyseur et/ou un filtre à particule, de sorte que la fraction de gaz d'échappement récupérée comprenne au moins des gaz d'échappement traités. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence au dessin annexé 25 dans lequel : - la figure 1 représente le schéma d'un dispositif de recyclage selon l'invention selon une vue en perspective, - la figure 2 représente le schéma d'une coupe (ou sont les hachures de coupe) d'un dispositif de recyclage selon l'invention vu selon un axe 30 confondu avec l'axe de rotation de la roue du compresseur, la coupe passant par l'axe du conduit d'admission des gaz d'échappement dans le compresseur.

Le dispositif de recyclage de l'invention vient se positionner en s'intégrant au compresseur (1) du turbocompresseur d'un moteur à combustion interne, essence ou diesel. Le turbocompresseur permet d'augmenter la pression des gaz qui sont admis dans le moteur. Cette injection vient assurer un meilleur remplissage des cylindres du moteur en air grâce à une partie de l'énergie cinétique qui provient des gaz d'échappement du moteur et récupérée par une turbine (6) positionnée dans le flux des gaz d'échappement. La turbine (6), entrainée à grande vitesse, est reliée par au moins un arbre susceptible io d'être associé à un ou plusieurs engrenages au compresseur (1) du moteur. Les gaz utilisés pour le fonctionnement du moteur se trouvent ainsi à des pressions de l'ordre de plusieurs bars (2-3 Bars) entre le compresseur (1) et la turbine (6) du turbocompresseur et demeurent à des pressions de l'ordre de la pression atmosphérique en amont du compresseur (1) et en aval de la is turbine (6), on parle ainsi de gaz haute pression et de gaz basse pression . Le compresseur (1) aspire ainsi des gaz au niveau d'un conduit d'admission (2) pour les comprimer en les injectant dans les cylindres du moteur et en améliorer leur remplissage pour y augmenter la qualité du 20 mélange entre comburant et carburant et donc la puissance du moteur. Les gaz aspirés par le compresseur (1) au niveau de la partie centrale de la roue du compresseur (1), à proximité de son axe de rotation, sont mis en rotation par les pales de la roue pour être projetés par la force centrifuge vers la périphérie du compresseur puis éjectés au niveau d'un conduit de sortie (5) 25 des gaz vers le moteur. Le dispositif de l'invention vient s'intégrer au compresseur (1) en disposant un premier conduit d'admission (2) des gaz externes classiquement utilisés pour le fonctionnement d'un moteur à combustion. Ces gaz sont ainsi généralement formés par les différents constituants de 30 l'air et/ou tout autre comburant comme, par exemple, le dioxygène. A ce premier conduit d'admission (2) vient s'ajouter un second conduit (3) pour l'admission dans le compresseur (1) d'au moins une fraction de gaz d'échappement récupérée, de sorte que le premier conduit d'admission (2) de gaz externes dans le compresseur (1), le conduit de sortie (5) vers le moteur des gaz admis dans le compresseur (1) et le second conduit d'admission (3) des gaz viennent former avec le compresseur (1) un même et unique bloc monté à la périphérie du moteur. Ce regroupement des différents conduits (2, 3, 5) au niveau d'un même bloc permet une compaction des éléments avec différentes fonctions au niveau d'une zone définie de la périphérie du moteur et permet d'assurer un gain d'espace. De même, la limitation et la réduction du nombre de pièces à monter vient lo diminuer le temps d'usinage et de montage du groupe motopropulseur. Le premier conduit d'admission (2) de gaz dans le compresseur (1) est agencé de manière à venir se disposer selon un axe parallèle et/ou sensiblement identique à l'axe de rotation de la roue du compresseur (1), de sorte que la force centrifuge exercée sur les gaz dans le compresseur (1) soit is optimale pour permettre leur injection et leur compression dans les cylindres du moteur. Le second conduit d'admission (3) est alors positionné de façon à déboucher au même niveau et/ou à proximité du point d'admission où vient déboucher le premier conduit d'admission (2) dans le compresseur (1). En débouchant dans le compresseur (1) au niveau d'un même point 20 d'admission, le dispositif assure un mélange optimal des gaz d'échappement récupérés avec les gaz externes par les pales de la roue du compresseur (1). Selon un mode de réalisation particulier, le second conduit d'admission (3) est agencé selon un axe sensiblement perpendiculaire à 25 l'axe du premier conduit d'admission (2) et/ou à l'axe de rotation de la roue du compresseur (1) de façon à être disposé dans un plan sensiblement parallèle au plan de rotation de la roue du compresseur (1). Au niveau du point d'admission du second conduit d'admission (3) dans le compresseur (1), au moins une paroi interne du second conduit d'admission (3) est 30 positionnée de façon à se trouver tangente à la paroi interne du premier conduit d'admission (2) au niveau de son point d'admission dans le compresseur (1) et/ou à une paroi interne d'un orifice d'admission dans le compresseur dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe de rotation de la roue du compresseur (1). De plus, la forme du second conduit d'admission (3) se présente de façon à venir réaliser une volute dont l'extrémité la plus courbée de la spirale débouche au niveau du point d'admission du conduit s (3) dans le compresseur (1). Cette forme de volute, dont la face interne de la paroi extérieure de la spirale est tangente à la face interne d'une paroi d'un point d'admission dans le compresseur (1) et selon une direction similaire au sens de rotation de la roue du compresseur (1), permet d'une part d'imposer un début de rotation au gaz d'échappement récupérés lors de leur admission io dans le compresseur (1), et d'autre part d'éviter tout risque de perturbation de flux avec le mouvement de tourbillon généré par la roue du compresseur (1) en rotation. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le second conduit d'admission (2) est équipé d'un moyen de régulation (4) du flux de 15 gaz d'échappement récupéré dans le compresseur (1) qui permet de gérer la proportion de gaz d'échappement récupéré qui est admis dans le compresseur (1) par rapport à la proportion de gaz externe. Ce moyen de régulation (4) peut, par exemple, être réalisé par une vanne formée par un volet monté en rotation sur une tige qui vient former son axe de rotation, 20 cette tige monté du volet mobile venant se disposer en travers du second conduit d'admission (3). Le moyen de régulation (4) se trouve préférentiellement associé à un moyen de contrôle (4a) de la régulation susceptible d'être associé à un moteur qui, par exemple, actionne le positionnement du volet en travers du second conduit d'admission (3). Le 25 moyen de régulation (4) peut également être réalisé par un volet mobile de type guillotine qui se déplace selon un plan perpendiculaire à l'axe du conduit d'admission (3) pour venir réguler le flux à ce niveau en se refermant de façon totale ou partielle. Selon une variante de réalisation, le moyen de contrôle se trouve relié à un ou plusieurs capteurs disposés au niveau des 30 différents conduits (2, 3, 5) du dispositif de l'invention de sorte qu'une altération de la qualité du flux de gaz admis dans le compresseur (1) et/ou du mélange de gaz injecté dans les cylindres du moteur est détectée, la proportion de gaz d'échappement récupéré dans le mélange se trouve adaptée. Il est parfaitement entendu que la réalisation du moyen de régulation (4) est peut être faite selon tout moyen connu et susceptible d'être adapté par l'homme du métier. De même, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, un moyen de régulation similaire ou différent de celui (4) qui contrôle le flux de gaz du second conduit d'admission (3) est installé au niveau du premier conduit d'admission (2) pour, là aussi, en réguler le flux. Afin d'obtenir que les gaz d'échappement du moteur destinés à être io recyclé présente une qualité indispensable à leur réutilisation par le moteur, ceux-ci traversent un dispositif de dépollution qui intègre au moins un catalyseur et/ou un filtre à particules. En sortant directement des cylindres des moteurs, les gaz d'échappement se trouvent à des pressions élevées (2-3 Bars). Après avoir traversé la turbine (6) du turbocompresseur, la pression is des gaz d'échappement récupéré retourne à la pression ambiante pour former des gaz dits basse pression . Les gaz d'échappement récupérés sont alors récupérés à basse pression , en sortie du dispositif de dépollution pour être acheminés vers le second conduit d'admission (2) du dispositif de l'invention.

20 Si les gaz d'échappement sont récupérés à basse pression, en revanche, leurs températures sont de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius. Ces gaz traversent néanmoins un échangeur afin de les refroidir pour leur faire atteindre des températures de l'ordre de 200 à 300 degrés Celsius. L'amenée de ces gaz d'échappement se trouve alors formée 25 par un ou plusieurs conduits résistants à ces températures. La jonction de ces amenées sur le second conduit d'admission (3) s'effectue en faisant intervenir un moyen de connexion adapté à ces températures, la connexion de l'amenée des gaz d'échappement étant réalisée préférentiellement en amont du moyen de régulation (4) du flux de gaz dans le second conduit 30 d'admission (3) par rapport au sens du flux. Cette connexion d'amenée de gaz directement au niveau d'un bloc intégrant le conduit d'admission (3) des gaz d'échappement récupérés permet une admission de gaz présentant des températures élevées. De plus, le piquage du conduit d'admission (3) des gaz d'échappement se réalisant directement au niveau du compresseur (1), monté sur le carter du moteur comme au moins une partie de l'amenée des gaz d'échappement, on obtient ainsi une compaction des pièces qui évite un piquage et une jonction d'une amenée sur le second conduit d'admission (3) réalisés à distance du carter du moteur. Par ailleurs, les connexions des amenées de gaz externes et de récupération des gaz comprimés par le compresseur (1) s'effectuent généralement en emmanchant ces amenés, réalisées souvent en matière souple, par exemple en caoutchouc, pour io s'affranchir des vibrations du moteur, de tels conduits (2, 5) et de telles connexions ne supportent que des températures basses ou ambiantes, et sont inadaptés aux températures des gaz d'échappement récupérés. La proportion de gaz d'échappement chaud recyclé étant inférieure à la moitié de la quantité de gaz admis dans le compresseur (1), lors du 15 mélange des gaz par la roue du compresseur (1), la température du mélange s'homogénéise de sorte que la température des gaz comprimés et injectés dans les cylindres du moteur est adaptée à des amenées qui ne supportent que des températures inférieures à celles des gaz d'échappement recyclés. II est parfaitement entendu que les amenées de gaz externes et de 20 récupération des gaz comprimés par le compresseur (1) peuvent être réalisées de façon à être adaptées aux températures élevées, de la même manière que l'amenée de gaz d'échappement récupérés. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses 25 autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion et destiné à être intégré au compresseur (1) d'un turbocompresseur en périphérie d'un moteur, le dispositif comprenant un premier conduit d'admission (2) de gaz externes dans le compresseur (1) et un conduit de sortie (5) vers le moteur des gaz comprimés par le compresseur (1), ce conduit de sortie (5) vers le moteur étant disposé en périphérie du compresseur (1) de façon récupérer les gaz mélangés par la roue compresseur (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend également un second conduit d'admission (3) d'une fraction récupérée de gaz d'échappement du moteur, ce second conduit d'admission (3) étant disposé de façon à déboucher au niveau du point d'admission des gaz externes dans le compresseur du moteur, de façon à mélanger les gaz récupérés avec les gaz externes admis dans le compresseur (1), le second conduit d'admission (3) étant intégré à la structure du compresseur (1) pour former un même et unique bloc avec le compresseur (1), le premier conduit d'admission (2) de gaz externes dans le compresseur (1) et le conduit de sortie (5) vers le moteur des gaz comprimés par le compresseur (1).

2. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second conduit d'admission (3) débouche à proximité du centre du compresseur (1) et de l'axe de rotation de la roue du compresseur (1).

3. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second conduit d'admission (3) comprend, au niveau du point d'admission du second conduit (3) dans le compresseur (1), au moins une paroi interne disposée de façon à être tangente à la paroi interne du premier conduit d'admission (2) au niveau du point d'admission du premier conduit d'admission (2) dans le compresseur (1) et/ou à une paroi interne d'un orifice 2919680 Il d'admission dans le compresseur dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe de rotation de la roue du compresseur (1).

4. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion selon une des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que le second conduit d'admission (3) vient former une volute dont l'extrémité la plus courbée de la spirale débouche au niveau du point d'admission des gaz externes dans le compresseur (1) du moteur.

5. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion selon une des revendications précédentes, caractérisé to en ce que le second conduit d'admission (3) intègre au moins un moyen de régulation (4) de l'admission des gaz d'échappement récupéré dans le compresseur (1), ce moyen de régulation (4) étant formé par une vanne gérée par un moyen de contrôle (4a).

6. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un 15 moteur à combustion selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jonction de l'amenée de gaz d'échappement récupéré avec le second conduit d'admission (3) fait intervenir au moins un moyen de connexion étanche capable de supporter des températures comprises entre 200 et 300 degré Celsius (200-300 C). 20

7. Dispositif de recyclage d'une fraction des gaz d'échappement d'un moteur à combustion selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second conduit d'admission (3) est connecté à un moyen de récupération des gaz d'échappement qui récupère des gaz en sortie d'un dispositif de dépollution des gaz d'échappement intégrant au moins un 25 catalyseur et/ou un filtre à particule, de sorte que la fraction de gaz d'échappement récupérée comprenne au moins des gaz d'échappement traités.