FR2930286A3 - Raccord d'une ligne d'echappement avec une ligne de recirculation et moteur a combustion interne comportant un tel raccord - Google Patents

Raccord d'une ligne d'echappement avec une ligne de recirculation et moteur a combustion interne comportant un tel raccord Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un raccord d'une ligne d'échappement (30) avec une ligne de recirculation (50) d'un moteur à combustion interne (1), à installer en aval d'un filtre à particules (34) de ladite ligne d'échappement, comportant une conduite d'échappement (36) des gaz brûlés vers l'atmosphère qui s'étend selon une première ligne moyenne, une conduite de recirculation (53) des gaz brûlés dans le moteur à combustion interne, qui est piquée sur la conduite d'échappement en un point de piquage donné et qui s'étend selon une seconde ligne moyenne.Selon l'invention, la tangente à la seconde ligne moyenne au point de piquage forme avec la première ligne moyenne un angle obtus, de telle sorte que les gaz brûlés captés par la conduite de recirculation repartent sensiblement en arrière par rapport à leur direction dans la conduite d'échappement.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le traitement des gaz brûlés des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un raccord d'une ligne d'échappement avec une ligne de recirculation d'un moteur à combustion interne, à installer en aval d'un filtre à particules de ladite ligne d'échappement, comportant une conduite d'échappement des gaz brûlés vers l'atmosphère qui s'étend selon une première ligne moyenne, et une conduite de recirculation des gaz brûlés dans le moteur à combustion interne, qui est piquée sur la conduite d'échappement en un point de piquage donné et qui s'étend selon une seconde ligne moyenne. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant une ligne d'admission de gaz frais débouchant dans des cylindres, une ligne d'échappement de gaz brûlés qui prend naissance dans les cylindres et qui est pourvue d'un filtre à particules et d'une conduite d'échappement s'étendant en aval de ce filtre à particules selon une première ligne moyenne, et une ligne de recirculation des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement, qui débouche dans la ligne d'admission et qui comporte une conduite de recirculation piquée sur la conduite d'échappement en un point de piquage donné et s'étendant selon une seconde ligne moyenne.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Sur ce type de moteurs, la ligne de recirculation (EGR) des gaz brûlés est piquée sur la ligne d'échappement en aval du filtre à particules de telle sorte que les gaz brûlés captés par la ligne de recirculation sont au préalable filtrés par le filtre à particules avant d'être réinjectés dans le moteur. De ce fait, les particules n'encrassent pas la ligne de recirculation et le moteur émet dans l'atmosphère un nombre restreint de ces particules polluantes. Le filtre à particules est généralement constitué d'un faisceau de canaux dont une moitié présente des entrées ouvertes et des sorties fermées et dont l'autre moitié présente, au contraire, des entrées fermées et des sorties ouvertes.
Ces canaux présentent par ailleurs des parois poreuses de manière que les gaz brûlés entrant dans le filtre à particules par les canaux dont les entrées sont ouvertes, traversent les parois poreuses et ressortent du filtre à particules par les canaux dont les sorties sont ouvertes. La traversée des parois poreuses des canaux permet de séparer les particules polluantes du flux de gaz brûlés.
Afin d'exercer cette fonction de filtrage des particules, les parois poreuses des canaux sont réalisées dans des matériaux présentant des duretés très importantes (Silicium, Cordiérite, ...).
Au cours des premières heures de fonctionnement du moteur à combustion interne, des fragments de parois poreuses se détachent malencontreusement des canaux du filtre à particules. Une partie de ces fragments est directement rejetée dans l'atmosphère tandis que l'autre partie de ces fragments est réinjectée dans les cylindres via la ligne de recirculation (EGR) puis la ligne d'admission du moteur. Lorsqu'ils entrent dans la ligne d'admission, ces fragments passent au travers du compresseur du moteur et heurtent les aubes de ce compresseur. Ces fragments de duretés importantes détériorent alors les aubes du compresseur, ce qui risque non seulement de modifier leurs performances mais aussi de provoquer leurs ruptures. Par ailleurs, lors de leur arrivée dans le moteur, une partie de ces fragments se mêle à l'huile de lubrification des cylindres, ce qui entraîne une usure prématurée du moteur.
OBJET DE L'INVENTION Afin de rernédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau raccord et un nouveau moteur permettant d'éviter que les fragments de filtre à particules ne rentrent dans la ligne de recirculation du moteur.
Plus particulièrement, on propose selon l'invention un raccord et un moteur à combustion interne tels que définis dans l'introduction, dans lesquels la tangente à la seconde ligne moyenne au point de piquage forme avec la première ligne moyenne un angle obtus, de telle sorte que les gaz brûlés captés par la conduite de recirculation repartent sensiblement en arrière par rapport à leur direction dans la conduite d'échappement. L'angle obtus correspond à l'angle que forme la trajectoire des gaz brûlés qui, en circulant dans la conduite d'échappement, sont prélevés par la conduite de recirculation. Grâce à l'invention, les fragments de canaux du filtre à particules entraînés dans le flux de gaz brûlés restent dans la conduite d'échappement et ne sont pas prélevés par la conduite de recirculation. En effet, du fait de leurs inerties, ils ont tendance à suivre une trajectoire rectiligne, de sorte qu'ils ne peuvent suivre la trajectoire coudée à plus de 90 degrés des gaz brûlés prélevés par la conduite de recirculation. L'ensemble des fragments ressort donc par la sortie de la conduite d'échappement et est directement évacué du moteur. Selon une première caractéristique avantageuse du raccord et du moteur conforrnes à l'invention, ledit angle obtus est compris entre 100 et 150 degrés et est préférentiellement égal à 135 degrés. Ainsi, grâce à l'inclinaison de la conduite de recirculation par rapport à la conduite d'échappement, si quelques fragments traversent tout de même l'ouverture formée par le piquage de la conduite de recirculation sur la conduite d'échappement, ils frappent la face interne de la conduite de recirculation et rebondissent sur cette dernière en direction de la conduite d'échappement. Ces quelques fragments sont donc également directement évacués du moteur, sans passer au travers du turbocompresseur et des cylindres. Selon une autre caractéristique avantageuse du moteur conforme à l'invention, lorsque ce dernier est en position d'utilisation, la conduite de recirculation s'étend depuis le point de piquage vers le haut du moteur à combustion interne. Les fragments de canaux du filtre à particules présentent des densités importantes et sont donc soumis à la gravité. Ainsi, grâce à l'orientation de la conduite de recirculation vers le haut du moteur, les fragments ne remontent pas dans la conduite de recirculation mais restent au contraire dans la ligne d'échappement et sont directement évacués du moteur. Selon une autre caractéristique avantageuse du raccord et du moteur conformes à l'invention, la conduite d'échappement forme un coude et le piquage de la conduite de recirculation sur la conduite d'échappement est situé à l'intérieur du coude ou à la sortie du coude, du côté intérieur de ce coude. Ainsi, du fait de leurs inerties, les fragments de canaux du filtre à particules sont entraînés vers l'extérieur du coude, ce qui contribue à les empêcher d'entrer dans la conduite de recirculation.
Selon une autre caractéristique avantageuse du raccord et du moteur conformes à l'invention, la conduite d'échappement comporte sur sa face interne un organe de déflexion des gaz brûlés placé à proximité du bord de l'ouverture de piquage de la conduite de recirculation, en amont de celle-ci. Cet organe de déflexion est ainsi positionné de telle sorte qu'il imprime au flux de gaz brûlés et aux fragments une trajectoire dirigée à l'opposé de l'ouverture de piquage, ce qui contribue à entraver l'entrée des fragments dans la conduite de recirculation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessiins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; et - les figures 2 à 4 sont des vues schématiques de trois variantes de réalisation du raccord selon l'invention.
Dans la description, les termes amont et aval seront utilisés suivant le sens de l'écoulement des gaz, depuis le point de prélèvement des gaz frais dans l'atmosphère jusqu'à la sortie des gaz brûlés par un silencieux 35. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un moteur à combustion interne 1 qui comprend un bloc-cylindres 10 pourvu ici de quatre cylindres 11. Ce moteur est de type Diesel suralimenté. Il comporte donc un turbocompresseur 40 muni de deux roues à aubes solidaires en rotation et formant une turbine 42 et un compresseur 41. En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'admission 20 qui comprend un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans l'atmosphère. Cette ligne d'admission 20 traverse le compresseur 41, de manière que l'air frais filtré par le filtre à air 21 soit comprimé. Elle comporte en outre un refroidisseur d'air principal 22 qui refroidit cet air frais comprimé. La ligne d'admission 20 débouche enfin dans un répartiteur d'air 23 qui amène l'air frais dans chacun des cylindres 11 du bloc-cylindres 10.
En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte un collecteur d'échappement 31 de gaz brûlés qui est raccordé à une ligne d'échappement 30 s'étendant jusqu'au silencieux 35. Cette ligne d'échappement 30 traverse la turbine 42, de manière que les gaz brûlés éjectés rapidement des cylindres 11 entraînent en rotation sa roue à aubes et actionnent ainsi le compresseur 41. La ligne d'échappement 30 comporte par ailleurs des moyens de traitement des gaz brûlés formés ici par un pot catalytique 32 équipé successivement, suivant le sens de circulation des gaz brûlés, d'un catalyseur d'oxydation 33 et d'un filtre à particules 34. La sortie de ce pot catalytique 32 est raccordée au silencieux 35 par une conduite primaire 37 s'étendant selon une ligne moyenne Al. Cette ligne moyenne Al correspond à la ligne géométrique qui passe par le barycentre de chaque section transversale de la conduite primaire 37. Le moteur à combustion interne 1 comporte également une ligne de recirculation 50 EGR des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement 30 et qui débouche dans la ligne d'admission 20, via une vanne EGR 52 de régulation du débit de gaz de recirculation. Cette ligne de recirculation 50 accueille par ailleurs un refroidisseur EGR 51 prévu pour refroidir les gaz brûlés prélevés dans la ligne d'échappement 30. Comme le montre plus particulièrement la figure 2, cette ligne de recirculation 50 comporte en particulier une conduite secondaire 54 piquée sur la conduite primaire 37 en un point de piquage P1, qui s'étend jusqu'au refroidisseur EGR 41 suivant une ligne moyenne A2. Le piquage de la conduite secondaire 54 sur la conduite primaire 37 forme dans la paroi latérale de la conduite primaire 37 une ouverture de piquage centrée sur le point de piquage P1. Le piquage de la conduite secondaire 54 sur la conduite primaire 37 peut être réalisée de diverses manières.
Selon un premier mode de réalisation, ce piquage est réalisé au moyen d'un raccord, c'est-à-dire d'une pièce monobloc issue de moulage, comportant une conduite d'échappement 36 et une conduite de recirculation 53 qui prend naissance dans la paroi latérale de la conduite d'échappement 36. Préférentiellement, la conduite d'échappement 36 forme une partie seulement de la conduite primaire 37 et la conduite de recirculation 53 forme une partie seulement de la conduite secondaire 54. Les entrées et sorties de ces conduites d'échappement 36 et de recirculation 53 sont alors raccordées aux parties restantes des conduites primaires 37 et secondaires 54 par exemple par soudage.
En variante, ce raccord peut présenter une longueur suffisante pour que sa conduite d'échappement 36 constitue l'ensemble de la conduite primaire 37 et pour que sa conduite de recirculation 53 constitue l'ensemble de la conduite secondaire 54. Selon un second mode de réalisation, les conduites primaire 37 et secondaire 54 sont deux pièces distinctes. La conduite primaire 37 est alors appelée conduite d'échappement 36 tandis que la conduite secondaire 54 est appelée conduite de recirculation 53. Dans ce cas, le piquage de la conduite de recirculation 53 sur la conduite d'échappement 36 est réalisé en raccordant directement l'embouchure de la conduite de recirculation 53 sur l'ouverture de piquage de la conduite d'échappement 36. Ce raccordernent peut par exemple être réalisé par soudage. Quoi qu'il en soit, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la seconde ligne moyenne A2 de la conduite de recirculation 53 présente une tangente A3 au point de piquage P1 qui forme, avec la première ligne moyenne Al de la conduite d'échappement 36, un angle obtus B1, de telle sorte que les gaz brûlés captés par la conduite de recirculation 53 repartent sensiblement en arrière par rapport à leur direction dans la conduite d'échappement 36. Avantageusement, cet angle obtus B1 est compris entre 100 et 150 degrés et est préférentiellement égal à 135 degrés. Telle que représentée la figure 2, la ligne moyenne Al de la conduite d'échappement 36 est rectiligne tandis que la ligne moyenne A2 de la conduite de recirculation 53 est courbe. Ces deux lignes moyennes Al. A2 sont ici coplanaires et sécantes. En variante, la ligne moyenne Al et la tangente A3 pourraient être situées dans des plans parallèles et proches l'un de l'autre, mais non confondus. Selon cette variante, l'angle obtus B1 correspondrait alors à l'angle formé par la projection orthogonale de la tangente A3 dans le plan de la ligne moyenne Al. Avantageusement, la conduite de recirculation 53 s'étend depuis le point de piquage P1 vers le haut du moteur à combustion interne 1. En d'autres termes, le moteur étant en position d'utilisation (par exemple dans un véhicule automobile), la ligne moyenne A2 de la conduite de recirculation présente au moins une portion qui s'étend à partir du point de piquage Al au-dessus de ce point de piquage Al. Lorsque le moteur à combustion interne 1 fonctionne, les gaz frais prélevés dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 sont filtrés par le filtre à air 21, comprimés par le compresseur 41, refroidis par le refroidisseur d'air 22, et enfin brûlés dans les cylindres 11 avec du carburant. A leur sortie des cylindres 11, les gaz brûlés sont détendus dans la turbine 42, puis traités et filtrés par le catalyseur d'oxydation 33 et par le filtre à particules 34. Une partie de ces gaz brûlés traités et filtrés est directement rejetée dans l'atmosphère via le silencieux 35, tandis qu'une autre partie de ces gaz brûlés, les gaz EGR, est prélevée par la ligne de recirculation 50, refroidie par le refroidisseur EGR 51, puis réinjectée dans la ligne d'admission 20, entre le filtre à air 21 et le compresseur 41. Au cours des premières heures de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, des fragments solides se détachent des parois du filtre à 30 particules 34 et s'engouffrent dans la conduite d'échappement 36. Grâce à l'invention, ces fragments restent dans la conduite d'échappement 36 et ne sont pas prélevés par la conduite de recirculation 53. En effet, du fait de leurs inerties, ils suivent, autant que possible, des trajectoires rectilignes, ici parallèles à la ligne moyenne Al de la conduite d'échappement 36, 35 et ne peuvent donc pas suivre la trajectoire coudée à plus de 90 degrés des gaz EGR. Ces fragments sont donc directement évacués dans l'atmosphère en passant par le silencieux 35.
En outre, étant donnée l'orientation de la conduite de recirculation 53 vers le haut du moteur, les fragments qui sont soumis à la gravité ne remontent pas clans la conduite de recirculation 53 mais restent au contraire dans la conduite d'échappement 36.
La présente invention n'est nullement limitée à ce mode de réalisation, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En particulier, selon une variante de l'invention représentée sur la figure 3, on peut prévoir que la conduite d'échappement 36 forme un coude et que l'ouverture formée par le piquage de la conduite de recirculation 53 sur la conduite d'échappement 36 soit située à l'intérieur du coude ou à la sortie du coude, du côté intérieur de ce coude. Plus précisément ici, la conduite d'échappement 36 forme deux coudes 37, 38 successifs à 90 degrés joints par une portion rectiligne. Le point de piquage P1 de la conduite de recirculation 53 sur la conduite d'échappement 36 est situé sur cette portion rectiligne, entre les deux coudes 37, 38, du côté intérieur de ces coudes. En d'autres termes, la paroi de la conduite d'échappement 36 présentant une infinité de lignes directrices longitudinales s'étendant d'un coude à l'autre, le point de piquage P1 est situé sur la ligne directrice longitudinale la plus courte. Ainsi, du fait de leurs inerties, les fragments qui se détachent des parois du filtre à particules sont entraînés vers l'extérieur des coudes, ce qui contribue à les empêcher d'entrer dans la conduite de recirculation 53. Bien sûr, selon cette variante, la conduite d'échappement 36 et la conduite de recirculation 53 peuvent venir de formation avec le raccord ou peuvent être raccordées l'une avec l'autre, par exemple par soudage.
Selon une autre variante de l'invention représentée sur la figure 4, la conduite d'échappement 36 comporte sur sa face interne un organe de déflexion 39 des gaz brûlés, placé à proximité du bord de l'ouverture de piquage de la conduite de recirculation 53 sur la conduite d'échappement 36, en amont de cette ouverture. Cet organe est préférentiellement placé sur le bord de cette ouverture.
Cet organe de déflexion 39 peut être formé par un bossage de la face interne de la conduite d'échappement 36, par un volet rapporté dans la conduite d'échappement 36, ou encore par tout autre moyen venant de formation avec la conduite d'échappement ou rapporté dans celle-ci, et adapté à modifier l'écoulement des gaz brûlés de manière à les dévier à l'opposé de l'ouverture de piquage. L'organe de déflexion 39 contribue ainsi à entraver l'entrée des fragments de parois du filtre à particules 34 dans la conduite de recirculation 36.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Raccord d'une ligne d'échappement (30) avec une ligne de recirculation (50) d'un moteur à combustion interne (1), à installer en aval d'un filtre à particules (34) de ladite ligne d'échappement (30), comportant : - une conduite d'échappement (36) des gaz brûlés vers l'atmosphère qui s'étend selon une première ligne moyenne (Al), - une conduite de recirculation (53) des gaz brûlés dans le moteur à combustion interne (1), qui est piquée sur la conduite d'échappement (36) en un point de piquage (P1) et qui s'étend selon une seconde ligne moyenne (A2), caractérisé en ce que la tangente (A3) à la seconde ligne moyenne (A2) au point de piquage (P1) forme avec la première ligne moyenne (Al) un angle obtus (B1) de telle sorte que les gaz brûlés captés par la conduite de recirculation (53) repartent sensiblement en arrière par rapport à leur direction dans la conduite d'échappement (36).
  2. 2. Raccord selon la revendication précédente, dans lequel ledit angle obtus (B1) est compris entre 100 et 150 degrés et est préférentiellement égal à 135 degrés.
  3. 3. Raccord selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'échappement (36) forme un coude et dans lequel le piquage de la conduite de recirculation (53) sur la conduite d'échappement (36) est situé à l'intérieur du coude ou à la sortie du coude, du côté intérieur de ce coude.
  4. 4. Raccord selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'échappement (36) comporte sur sa face interne un organe de déflexion (39) des gaz brûlés placé à proximité du bord de l'ouverture de piquage de la conduite de recirculation (53), en amont de celle-ci.
  5. 5. Moteur à combustion interne (1) comportant : - une ligne d'admission (20) de gaz frais débouchant dans des cylindres (11), - une ligne d'échappement (30) de gaz brûlés qui prend naissance dans les cylindres (11) et qui est pourvue d'un filtre à particules (34) et d'une conduite d'échappement (36) s'étendant en aval de ce filtre à particules (34) selon une première ligne moyenne (Al), et - une ligne de recirculation (50) des gaz brûlés qui prend naissance dans la ligne d'échappement (30), qui débouche dans la ligne d'admission (20) et qui comporte une conduite de recirculation (53) piquée sur la conduite d'échappement (36) en un point de piquage (P1) et s'étendant selon une seconde ligne moyenne(A2), caractérisé en ce que la tangente (A3) à la seconde ligne moyenne (A2) au point de piquage (P1) forme avec la première ligne moyenne (Al) un angle obtus (B1), de telle sorte que les gaz brûlés captés par la conduite de recirculation (53) repartent sensiblement en arrière par rapport à leur direction dans la conduite d'échappement (36).
  6. 6. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication précédente, dans lequel ledit angle obtus (B1) est compris entre 100 et 150 degrés et est préférentiellement égal à 135 degrés.
  7. 7. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel, le moteur à combustion interne étant en position d'utilisation, la conduite de recirculation (53) s'étend depuis le point de piquage (P1) vers le haut du moteur à combustion interne (1).
  8. 8. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel la conduite d'échappement (36) forme un coude et dans lequel le piquage de la conduite de recirculation (53) sur la conduite d'échappement (36) est situé à l'intérieur du coude ou à la sortie du coude, du côté intérieur de ce coude.
  9. 9. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel la conduite d'échappement (36) comporte sur sa face interne un organe de déflexion (39) des gaz brûlés placé à proximité du bord de l'ouverture de piquage de la conduite de recirculation (53), en amont de celle-ci. 9
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