FR3043730A3 - EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COOLING RECIRCULATED COMBUSTION GASES. - Google Patents

EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COOLING RECIRCULATED COMBUSTION GASES. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un système (10) d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant : - une conduite (12) d'échappement apte à être raccordée à un orifice d'échappement des gaz de combustion issus du moteur et équipée d'au moins un dispositif (14) de traitement des gaz de combustion par oxydation, - une conduite (16) de recirculation des gaz de combustion raccordée à la conduite (12) d'échappement et apte à être raccordée à un circuit d'alimentation en air du moteur, - une conduite (18) d'alimentation en gaz oxydant raccordée à la conduite (12) d'échappement en amont du dispositif (14) de traitement par rapport au sens d'écoulement des gaz de combustion. Selon l'invention, la conduite (18) d'alimentation en gaz oxydant et la conduite (16) de recirculation des gaz de combustion présentent, sur au moins une partie de leur longueur, au moins une surface (17) d'échange de chaleur entre les gaz de combustion et le gaz oxydant.The invention relates to a system (10) for exhausting an internal combustion engine comprising: an exhaust pipe (12) adapted to be connected to an exhaust port for the combustion gases coming from the engine and equipped with at least one device (14) for treating oxidation combustion gases; a conduit (16) for recirculating the combustion gases connected to the exhaust pipe (12) and suitable for being connected to a supply circuit; in the air of the engine, - a conduit (18) for supplying oxidizing gas connected to the pipe (12) exhaust upstream of the device (14) of treatment relative to the flow direction of the combustion gases. According to the invention, the pipe (18) for supplying an oxidizing gas and the pipe (16) for recirculating the combustion gases have, on at least a part of their length, at least one surface (17) for the exchange of heat between the combustion gases and the oxidizing gas.

Description

SYSTEME D’ECHAPPEMENT D’UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A REFROIDISSEMENT DES GAZ DE COMBUSTIONEXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH COOLING OF COMBUSTION GASES

RECIRCULES L'invention concerne un système d’échappement d’un moteur à combustion interne permettant un refroidissement des gaz de combustion recirculés.RECIRCULATED The invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine for cooling the recirculated combustion gases.

Les moteurs à combustion interne sont soumis à des réglementations de plus en plus sévères en matière d’émissions de polluants et de gaz à « effet de serre ».Internal combustion engines are subject to increasingly stringent regulations on emissions of pollutants and greenhouse gases.

Afin de réduire ces émissions, on installe généralement des dispositifs de traitement des gaz de combustion sur la ligne d’échappement du moteur. Le fonctionnement optimal en termes de traitement des polluants de certains de ces dispositifs, et notamment ceux utilisant des catalyseurs, nécessite des conditions thermiques qui ne peuvent être atteintes dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, notamment au démarrage à froid.In order to reduce these emissions, flue gas treatment devices are generally installed on the exhaust line of the engine. The optimal operation in terms of treatment of pollutants of some of these devices, and in particular those using catalysts, requires thermal conditions that can not be achieved under certain operating conditions of the engine, especially at cold start.

Afin d’accélérer la montée en température de ces dispositifs de traitement, et notamment des dispositifs traitant les polluants par oxydation, il est connu d’injecter de l’air en amont de ces dispositifs. Le rendement des réactions d’oxydation est ainsi amélioré, ce qui participe à une augmentation de la température interne du dispositif et une amélioration accrue des rendements d’oxydation. Une telle injection d’air nécessite cependant l’ajout de nombreux éléments.In order to accelerate the rise in temperature of these treatment devices, and in particular devices treating the pollutants by oxidation, it is known to inject air upstream of these devices. The efficiency of the oxidation reactions is thus improved, which contributes to an increase in the internal temperature of the device and a further improvement of the oxidation yields. Such an air injection, however, requires the addition of many elements.

Un autre moyen pour réduire les émissions de polluants consiste à abaisser la température de combustion du moteur. Classiquement, on recourt, à cet effet, à l’injection d’une fraction des gaz d’échappement (EGR en anglais) dans le circuit d’alimentation en air du moteur. Mais cela n’a de sens que si la température des gaz d’échappement ainsi injectés est relativement basse, a minima nettement plus basse que celle observée en sortie du dispositif de traitement. L’exploitation de ces gaz réinjectés dans le circuit d’alimentation d’air nécessite donc l’emploi de dispositifs spécifiques et complexes de refroidissement. Habituellement, on réinjecte ces gaz EGR en amont d’un dispositif de refroidissement du circuit d’alimentation en air, afin que ce dispositif de refroidissement abaisse fortement leur température. Mais on constate alors l’apparition de condensais, certains constituants de ces gaz ainsi recyclés et refroidis quittant leur état de phase gazeuse vers un état liquide. Ces condensais contiennent malheureusement des agents chimiques potentiellement très corrosifs, susceptibles de dégrader les constituants du circuit d’alimentation en air et potentiellement du moteur. L'invention vise à pallier au moins en partie ces inconvénients en proposant un système d’échappement d’un moteur à combustion interne comprenant : une conduite d’échappement dans laquelle circulent les gaz de combustion issus du moteur, apte à être raccordée à un orifice d’échappement des gaz de combustion du moteur et équipée d’au moins un dispositif de traitement des gaz de combustion par oxydation, une conduite de recirculation des gaz de combustion raccordée à la conduite d’échappement et apte à être raccordée à un circuit d’alimentation en air du moteur, une conduite d’alimentation en gaz oxydant raccordée à la conduite d’échappement en amont dudit au moins un dispositif de traitement par rapport au sens d’écoulement des gaz de combustion issus du moteur, caractérisé en ce que la conduite d’alimentation en gaz oxydant et la conduite de recirculation des gaz de combustion présentent, sur au moins une partie de leur longueur, au moins une surface d’échange de chaleur entre les gaz de combustion et le gaz oxydant.Another way to reduce pollutant emissions is to lower the combustion temperature of the engine. Conventionally, it is used for this purpose, the injection of a fraction of the exhaust gas (EGR in English) in the engine air supply circuit. But this only makes sense if the temperature of the exhaust gas thus injected is relatively low, at least significantly lower than that observed at the output of the treatment device. The exploitation of these gases reinjected into the air supply circuit therefore requires the use of specific and complex cooling devices. Usually, these EGR gases are reinjected upstream of a cooling device of the air supply circuit, so that this cooling device greatly lowers their temperature. But we then see the appearance of condensates, some constituents of these gases and recycled and cooled leaving their state of gas phase to a liquid state. These condensates unfortunately contain chemical agents potentially very corrosive, likely to degrade the constituents of the air supply circuit and potentially the engine. The aim of the invention is to overcome at least part of these disadvantages by proposing an exhaust system of an internal combustion engine comprising: an exhaust pipe in which the combustion gases flowing from the engine flow, capable of being connected to a combustion engine, exhaust port of the combustion gases of the engine and equipped with at least one oxidation combustion gas treatment device, a combustion gas recirculation pipe connected to the exhaust pipe and able to be connected to a circuit supplying air to the engine, an oxidizing gas supply pipe connected to the exhaust pipe upstream of said at least one treatment device with respect to the direction of flow of the combustion gases from the engine, characterized in that the oxidizing gas feed pipe and the flue gas recirculation pipe have at least a portion of their length at least s a heat exchange surface between the combustion gases and the oxidizing gas.

Dit autrement, ladite au moins une surface d’échange est conformée pour permettre un transfert de chaleur entre les gaz de combustion et le gaz oxydant.In other words, said at least one exchange surface is shaped to allow a transfer of heat between the combustion gases and the oxidizing gas.

Un tel agencement permet de refroidir les gaz d’échappement circulant dans la conduite de recirculation, avant leur arrivée dans le circuit d’alimentation d’air, sans avoir à utiliser des dispositifs spécifiques et complexes de refroidissement, et de plus en utilisant une conduite existante. Ceci permet ainsi de réduire le nombre de pièces du système d’échappement.Such an arrangement makes it possible to cool the exhaust gases circulating in the recirculation line, before their arrival in the air supply circuit, without having to use specific and complex cooling devices, and moreover by using a pipe existing. This thus reduces the number of parts of the exhaust system.

La longueur des conduites sur laquelle s’étend la surface d’échange peut être choisie en fonction de l’environnement des conduites et de leur agencement. Elle est de préférence la plus grande possible afin de favoriser les échanges de chaleur.The length of the pipes on which the exchange surface extends may be chosen according to the environment of the pipes and their arrangement. It is preferably the largest possible to promote heat exchange.

Le système d’échappement selon l’invention peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :The exhaust system according to the invention may further comprise one or more of the following features:

La surface d’échange de chaleur peut présenter des ondulations ou des cannelures, favorisant ainsi le transfert de chaleur entre le gaz oxydant et les gaz de combustion.The heat exchange surface may have corrugations or grooves, thereby promoting heat transfer between the oxidizing gas and the flue gases.

Les conduites de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant peuvent présenter au moins une partie de paroi commune formant la surface d’échange de chaleur. Ceci permet de faciliter la réalisation des conduites et de réduire le nombre de pièces.The flue gas recirculation and oxidizing gas supply pipes may have at least one common wall portion forming the heat exchange surface. This facilitates the construction of the pipes and reduces the number of parts.

Sur au moins une partie de leur longueur, une conduite choisie parmi les conduites de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant est interne à l’autre conduite, la paroi de la conduite interne formant la surface d’échange de chaleur. Une telle configuration est simple à réaliser et permet un transfert de chaleur efficace. Avantageusement, la conduite de recirculation des gaz de combustion est la conduite interne.Over at least a portion of their length, a pipe selected from the flue gas recirculation and oxidizing gas supply pipes is internal to the other pipe, the wall of the inner pipe forming the heat exchange surface . Such a configuration is simple to perform and allows efficient heat transfer. Advantageously, the flue gas recirculation pipe is the inner pipe.

Les conduites de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant peuvent présenter une forme hélicoïdale, au moins le long de la surface d’échange de chaleur. Ceci permet d’augmenter la longueur des conduites et donc la surface d’échange sans augmenter de manière considérable l’encombrement des deux conduites.Combustion gas recirculation and oxidizing gas supply lines may be helically shaped, at least along the heat exchange surface. This makes it possible to increase the length of the pipes and therefore the exchange surface without considerably increasing the bulk of the two pipes.

Une tubulure de dérivation peut raccorder la conduite d’alimentation en gaz oxydant à la conduite d’échappement en aval du dispositif de traitement, et une vanne de régulation de la circulation du gaz oxydant vers l’amont ou l’aval du dispositif de traitement peut être prévue. Il est ainsi possible d’injecter ou non du gaz oxydant dans le dispositif de traitement en fonction des besoins, tout en conservant un débit de gaz dans la conduite d’alimentation en gaz oxydant ce qui favorise le refroidissement des gaz d’échappement. Cette circulation peut éventuellement être arrêtée, notamment lorsqu’il est plus favorable d’utiliser le gaz oxydant pour un usage particulier autre, tel que l’alimentation du moteur lorsque le gaz est de l’air. La vanne peut avantageusement être commandée, notamment reliée au système de pilotage du moteur.Bypass tubing may connect the oxidant gas supply line to the exhaust pipe downstream of the treatment device, and a valve for regulating the flow of the oxidizing gas upstream or downstream of the treatment device can be provided. It is thus possible to inject or not the oxidizing gas into the treatment device as needed, while maintaining a flow of gas in the oxidizing gas supply line which promotes the cooling of the exhaust gas. This circulation can possibly be stopped, especially when it is more favorable to use the oxidizing gas for a particular purpose other, such as the motor supply when the gas is air. The valve can advantageously be controlled, in particular connected to the engine control system.

La conduite d’alimentation en gaz oxydant peut comporter une pompe à air pour injecter de l’air provenant de l’atmosphère extérieure dans la conduite.The oxidizing gas supply pipe may include an air pump for injecting air from the outside atmosphere into the pipe.

Un autre objet de l’invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant un système d’échappement selon l’invention et un circuit d’alimentation en air, dans lequel la conduite de recirculation des gaz de combustion est raccordée au circuit d’alimentation en air.Another subject of the invention also relates to an internal combustion engine comprising an exhaust system according to the invention and an air supply circuit, in which the flue gas recirculation duct is connected to the supply circuit. in air.

Dans un mode de réalisation particulier, le moteur comprenant un système d’échappement selon l’invention (mais dont la conduite d’alimentation en gaz oxydant est dépourvue de pompe à air) et un circuit d’alimentation en air équipé d’un dispositif de compression de l’air, la conduite d’alimentation en gaz oxydant peut être raccordée au circuit d’alimentation en air en aval du dispositif de compression par rapport au sens d’écoulement de l’air.In a particular embodiment, the engine comprising an exhaust system according to the invention (but whose oxidant gas supply pipe is devoid of air pump) and an air supply circuit equipped with a device air compression, the oxidizing gas supply line can be connected to the air supply circuit downstream of the compression device relative to the direction of flow of air.

Dans ce cas, le gaz oxydant est donc l’air circulant dans le circuit d’alimentation en air du moteur.In this case, the oxidizing gas is the air circulating in the engine air supply circuit.

On observe alors que, bien que l’air comprimé prélevé dans le circuit d’alimentation en air atteigne des températures qui peuvent monter jusqu’à environ 150°C, la température des gaz d’échappement est fortement abaissée. Ainsi, après la dilution des gaz d’échappement dans le flux principal d’air admis dans le moteur, la température globale du gaz admis est abaissée, par convection avec l’air, de température nettement plus faible et en quantité nettement supérieure.It is then observed that, although the compressed air taken from the air supply circuit reaches temperatures that can rise to about 150 ° C, the temperature of the exhaust gas is greatly reduced. Thus, after the dilution of the exhaust gas in the main flow of air admitted into the engine, the overall temperature of the admitted gas is lowered, by convection with air, much lower temperature and much greater amount.

Avantageusement, lorsque le circuit d’alimentation en air comprend en outre un dispositif de refroidissement d’air situé en aval du dispositif de compression de l’air selon le sens d’écoulement de l’air, une conduite au moins choisie parmi la conduite d’alimentation en gaz oxydant et la conduite de recirculation des gaz de combustion peut être raccordée au circuit d’alimentation en air en aval du dispositif de refroidissement.Advantageously, when the air supply circuit further comprises an air cooling device located downstream of the air compression device in the direction of air flow, a pipe at least selected from the pipe oxidizing gas supply and the flue gas recirculation line can be connected to the air supply circuit downstream of the cooling device.

Un raccordement de la conduite d’alimentation en gaz oxydant en aval du dispositif de refroidissement permet de favoriser le refroidissement des gaz d’échappement, l’air renvoyé vers la conduite d’échappement ayant été refroidi.A connection of the oxidizing gas supply line downstream of the cooling device promotes the cooling of the exhaust gas, the air returned to the exhaust pipe having been cooled.

Un raccordement de la conduite de recirculation des gaz de combustion en aval du dispositif de refroidissement peut permettre de limiter les risques de formation de condensais susceptibles de dégrader les composants du circuit d’alimentation en air. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne comprenant un système d’échappement selon un mode de réalisation de l’invention ; - les figures 2 (a) et 2 (b) représentent une section selon la ligne A-A de la figure 1 des conduites de recirculation des gaz d’échappement et d’alimentation en air d’un système d’échappement selon deux exemples de réalisation l’invention ; - la figure 3 représente schématiquement un moteur à combustion interne comprenant un système d’échappement selon un autre mode de réalisation de l’invention ; - la figure 4 est une vue en perspective des conduites de recirculation des gaz d’échappement et d’alimentation en air d’un système d’échappement selon un mode de réalisation de l’invention.A connection of the flue gas recirculation pipe downstream of the cooling device can make it possible to limit the risks of formation of condensates liable to degrade the components of the air supply circuit. The invention is now described with reference to the accompanying non-limiting drawings, in which: - Figure 1 shows schematically an internal combustion engine comprising an exhaust system according to one embodiment of the invention; FIGS. 2 (a) and 2 (b) show a section along the line AA of FIG. 1 of the exhaust gas recirculation and air supply ducts of an exhaust system according to two exemplary embodiments the invention; - Figure 3 schematically shows an internal combustion engine comprising an exhaust system according to another embodiment of the invention; FIG. 4 is a perspective view of the exhaust gas recirculation and air supply ducts of an exhaust system according to one embodiment of the invention.

Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.In the figures, the same elements are designated by the same references.

La figure 1 représente un moteur à combustion interne 1 comprenant un circuit 2 d’alimentation en air et un système 10 d’échappement.FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 comprising an air supply circuit 2 and an exhaust system.

Dans l’exemple représenté, le circuit 2 d’alimentation en air comprend un compresseur 3. Le compresseur 3 représenté sur la figure 1 est un compresseur électrique, non mécaniquement lié à aucun des arbres du moteur thermique 1 de telle sorte que son pilotage est indépendant du point de fonctionnement du moteur. Cela permet de faciliter la mise en compression de l’air et une plus grande souplesse de de variation de pression de cet air. L’invention n’est cependant pas limitée à un type de compresseur. En particulier, il pourrait s’agir d’un compresseur mécanique, notamment entraîné par une turbine elle-même entraînée par les gaz de combustion issus du moteur.In the example shown, the air supply circuit 2 comprises a compressor 3. The compressor 3 shown in FIG. 1 is an electric compressor, not mechanically linked to any of the shafts of the heat engine 1 so that its driving is independent of the operating point of the motor. This facilitates the compression of the air and a greater flexibility of pressure variation of this air. The invention is however not limited to a type of compressor. In particular, it could be a mechanical compressor, in particular driven by a turbine itself driven by the combustion gases from the engine.

Optionnellement, le circuit 2 d’alimentation en air peut également comprendre un dispositif 4 de refroidissement de l’air comprimé situé en aval du compresseur 3, et permettant d’abaisser la température de l’air après son passage dans le compresseur 3.Optionally, the air supply circuit 2 may also comprise a device 4 for cooling the compressed air located downstream of the compressor 3, and making it possible to lower the temperature of the air after its passage through the compressor 3.

Enfin, de manière usuelle, le circuit 2 d’alimentation en air comprend une vanne 5 de régulation du débit d’air alimentant le moteur 1, souvent appelée vanne papillon.Finally, in the usual manner, the air supply circuit 2 comprises a valve 5 for regulating the air flow supplying the engine 1, often called the butterfly valve.

Le moteur 1, de même que le compresseur électrique 3, optionnellement le dispositif 4 de refroidissement, et la vanne 5 peuvent être commandés par un système 6 de contrôle et de gestion du moteur 1.The engine 1, as well as the electric compressor 3, optionally the cooling device 4, and the valve 5 can be controlled by a system 6 for controlling and managing the engine 1.

Le système d’échappement 10 représenté sur la figure 1 comprend : - une conduite 12 d’échappement dans laquelle circulent les gaz de combustion issus du moteur, raccordée à un orifice 13 d’échappement des gaz de combustion issus du moteur, - un dispositif 14 de traitement des gaz d’échappement par oxydation, monté sur la conduite 12 d’échappement, - une conduite 16 de recirculation des gaz de combustion raccordés à la conduite 12 d’échappement et au circuit 2 d’alimentation en air du moteur, - une conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant, raccordée à la conduite 12 d’échappement, en amont du dispositif 14 de traitement des gaz de combustion.The exhaust system 10 shown in FIG. 1 comprises: an exhaust pipe 12 in which the combustion gases coming from the engine, connected to an exhaust port 13 for the combustion gases from the engine, circulate; 14 of oxidation exhaust gas treatment, mounted on the exhaust pipe 12, - a pipe 16 for recirculation of the combustion gases connected to the exhaust pipe 12 and to the circuit 2 for supplying the engine with air, a pipe 18 for supplying an oxidizing gas, connected to the exhaust pipe 12, upstream of the device 14 for treating the combustion gases.

Selon l’invention, la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant et la conduite 16 de recirculation des gaz de combustion présentent, sur au moins une partie de leur longueur, au moins une surface 17 d’échange de chaleur conformée pour permettre un transfert de chaleur entre les gaz de combustion et le gaz oxydant.According to the invention, the oxidizing gas feed pipe 18 and the flue gas recirculation pipe 16 have, on at least a part of their length, at least one heat exchange surface 17 shaped to allow a transfer. of heat between the combustion gases and the oxidizing gas.

Du fait de leur fonction d’alimentation du dispositif 14 de traitement, les gaz oxydant circulent dans la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant selon la direction de la flèche Fl représentée sur les figures 1 et 3, en direction de la conduite 12 d’échappement. Les gaz de combustion circulent en sens inverse dans la conduite 16 de recirculation, tel que repéré par la flèche F2 sur les figures 1 et 3.Due to their function of supplying the treatment device 14, the oxidizing gases circulate in the oxidizing gas supply pipe 18 in the direction of the arrow F1 shown in FIGS. 1 and 3, in the direction of the pipe 12. 'exhaust. The combustion gases flow in the opposite direction in the recirculation pipe 16, as indicated by the arrow F2 in FIGS. 1 and 3.

Le dispositif 14 de traitement est quant à lui un dispositif de traitement des gaz de combustion par oxydation, l’apport d’oxygène provenant du gaz oxydant fourni par la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant permettant ainsi de favoriser l’oxydation des gaz de combustion, notamment lorsque le régime du moteur ne permet pas d’atteindre rapidement des conditions thermiques optimales dans le dans le dispositif 14 de traitement. Le système 10 d’échappement pourra comprendre d’autres dispositifs de traitement des gaz d’échappement.The treatment device 14 is in turn a device for treating the oxidation combustion gases, the supply of oxygen from the oxidizing gas supplied by the oxidizing gas supply pipe 18 thus making it possible to promote the oxidation of the gases. combustion, especially when the engine speed does not quickly achieve optimal thermal conditions in the device 14 treatment. The exhaust system may include other exhaust gas treatment devices.

Il est avantageux que la surface 17 d’échange de chaleur présente des ondulations ou cannelures afin d’être la plus grande possible et de favoriser le transfert de chaleur entre les deux fluides gazeux. L’invention n’est toutefois pas limitée par la forme de la surface 17 d’échange, ni par ses dimensions, pourvu que le transfert de chaleur entre les deux fluides gazeux soit suffisant pout permettre un refroidissement notable des gaz de combustion, par exemple un refroidissement de l’ordre de 150°C.It is advantageous that the heat exchanging surface 17 has corrugations or grooves in order to be as large as possible and to promote heat transfer between the two gaseous fluids. The invention is however not limited by the shape of the exchange surface 17, nor by its dimensions, provided that the heat transfer between the two gaseous fluids is sufficient to allow a significant cooling of the combustion gases, for example a cooling of the order of 150 ° C.

La surface 17 d’échange de chaleur peut être réalisée de nombreuses manières différentes. Par exemple, les conduites 18 d’alimentation en gaz oxydant et 16 de recirculation des gaz de combustion peuvent être simplement juxtaposées l’une à l’autre sur une partie de leur longueur. La surface 17 d’échange peut alors être formée par les parties de paroi juxtaposées des deux conduites 18, 16. Dans ce cas, il est cependant préférable que la surface 17 d’échange soit la plus mince possible. On peut ainsi prévoir que les conduites 16, 18 de circulation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant présentent une partie de paroi commune formant la surface 17 d’échange de chaleur. Par exemple, dans le cas de conduites juxtaposées, la surface 17 d’échange forme alors une surface de séparation à l’intérieur de chacune des conduites, tel que représenté sur la figure 2 (a).The heat exchange surface 17 can be made in many different ways. For example, the lines 18 for supplying oxidizing gas and 16 for recirculating the combustion gases can simply be juxtaposed with one another over part of their length. The exchange surface 17 can then be formed by the juxtaposed wall portions of the two ducts 18, 16. In this case, however, it is preferable that the exchange surface 17 be as thin as possible. It can thus be provided that the flue gas and oxidant gas supply ducts 16, 18 have a common wall portion forming the heat exchange surface 17. For example, in the case of juxtaposed pipes, the exchange surface 17 then forms a separation surface inside each pipe, as shown in FIG. 2 (a).

Les conduites 16, 18 de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant peuvent présenter de nombreuses autres configurations.The flue gas recirculation and oxidizing gas supply pipes 16, 18 may have many other configurations.

Une conduite choisie parmi les conduites 16, 18 de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant peut ainsi être interne à l’autre conduite, sur au moins une partie de sa longueur, la paroi de la conduite interne formant la surface 17 d’échange de chaleur. Les conduites 16, 18 sont alors en partie emboîtées. Dans les exemples représentés sur les figures 1, 2 (b), 3 et 4, la conduite interne est la conduite 16 de recirculation des gaz de combustion. Les conduites 16, 18 sont ici concentriques. On notera que la surface 17 de cette conduite 16 est cannelée afin de favoriser le transfert de chaleur.One of the pipes 16, 18 for flue gas recirculation and for supplying an oxidizing gas may thus be internal to the other pipe over at least a part of its length, the wall of the inner pipe forming the surface 17 heat exchange. The pipes 16, 18 are then partly nested. In the examples shown in Figures 1, 2 (b), 3 and 4, the inner pipe is the pipe 16 for recirculating the combustion gases. The lines 16, 18 are here concentric. Note that the surface 17 of this pipe 16 is fluted to promote heat transfer.

On pourrait également envisager que la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant soit interne à la conduite 16 de recirculation des gaz de combustion. L’invention n’est ainsi pas limitée à une forme particulière des conduites 16, 18, pourvu qu’une surface 17 d’échange de chaleur permette un transfert de chaleur entre les deux fluides.It could also be envisaged for the oxidizing gas supply pipe 18 to be internal to the flue gas recirculation pipe 16. The invention is thus not limited to a particular shape of the pipes 16, 18, provided that a surface 17 of heat exchange allows a transfer of heat between the two fluids.

Qu’elles soient emboîtées ou non, ou simplement juxtaposées, les conduites 16, 18 de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant peuvent présenter une forme hélicoïdale enroulée sur elle-même du type de celle représentée schématiquement sur la figure 4. Cette configuration présente l’avantage d’augmenter la surface 17 d’échange tout en constituant naturellement un amortisseur de vibrations, qui limitera les risques de rupture pouvant être habituellement rencontrés sur des tuyaux rigides implantés sur les groupes moto propulseurs des véhicules.Whether they are nested or not, or simply juxtaposed, the pipes 16, 18 for recirculating the combustion gases and for supplying the oxidizing gas may have a coiled helical shape of itself of the type of that shown schematically in FIG. 4 This configuration has the advantage of increasing the exchange surface 17 while naturally constituting a vibration damper, which will limit the risks of rupture that can usually be encountered on rigid pipes installed on the powertrain units of the vehicles.

Quelle que soit la configuration des conduites 16, 18 et de la surface 17 d’échange, et afin de favoriser l’échange de chaleur entre les gaz de combustion et les gaz oxydant, il est en outre avantageux que la surface 17 d’échange de chaleur soit dans un matériau bon conducteur thermique, par exemple un métal, notamment le cuivre ou l’aluminium, ou tout autre matériau adapté.Whatever the configuration of the pipes 16, 18 and the exchange surface 17, and in order to promote the exchange of heat between the combustion gases and the oxidizing gases, it is also advantageous that the exchange surface 17 heat either in a good thermal conductive material, for example a metal, in particular copper or aluminum, or any other suitable material.

Dans le mode de réalisation représenté figure 1, la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant achemine l’air et délivre l’air comprimé par le dispositif 3 de compression à la conduite 12 d’échappement, en amont du dispositif 14 de traitement des polluants, alimentant celui-ci en air dans le but d’oxyder les hydrocarbures imbrûlés et de facto, augmenter la température interne du dispositif de traitement par exo thermicité de la réaction d’oxydation.In the embodiment shown in FIG. 1, the oxidizing gas supply pipe 18 conveys the air and delivers the compressed air via the compression device 3 to the exhaust pipe 12, upstream of the device 14 for treating the gases. pollutants, supplying it with air for the purpose of oxidizing unburned hydrocarbons and de facto increase the internal temperature of the treatment device exo thermicity of the oxidation reaction.

La conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant qui achemine l’air sous pression entre le circuit 2 d’alimentation en air du moteur et l’amont du dispositif 14 de traitement, entoure la conduite 16 de recirculation des gaz de combustion qui achemine les gaz brûlés recyclés prélevés en aval du dispositif 14 de traitement : l’air comprimé, qui peut atteindre une température proche de 150°C, mais inférieure à 50°C si cet air est prélevé en sortie du dispositif 3 de refroidissement, permet de refroidir fortement les gaz de combustion par échange thermique par convection via la surface 17 d’échange, autrement dit au travers de la paroi de séparation des deux flux de gaz. L’agencement selon l’invention permet ainsi le refroidissement des gaz de combustion recyclés, notamment sans nécessiter de dispositif de refroidissement spécifique pour refroidir les gaz de combustion recirculés.The oxidizing gas supply pipe 18 which conveys the pressurized air between the engine air supply circuit 2 and the upstream end of the treatment device 14, surrounds the flue gas recirculation pipe 16 which conveys the recycled burnt gases taken downstream of the treatment device 14: the compressed air, which can reach a temperature close to 150 ° C., but less than 50 ° C. if this air is taken at the outlet of the cooling device 3, makes it possible to cool strongly the combustion gases by convective heat exchange via the exchange surface 17, in other words through the partition wall of the two gas streams. The arrangement according to the invention thus allows the cooling of the recycled combustion gases, in particular without the need for a specific cooling device for cooling the recirculated combustion gases.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la conduite 16 de recirculation des gaz de combustion est raccordée au circuit 2 d’alimentation en air en amont du compresseur 3 par rapport au sens de circulation de l’air. Toutefois, avantageusement, la conduite 16 peut être raccordée en aval du compresseur 3, et plus particulièrement en aval du dispositif 4 de refroidissement. Ceci permet d’éviter une condensation par le dispositif 4 de refroidissement des produits corrosifs présents dans les gaz de combustion.In the embodiment shown in FIG. 1, the flue gas recirculation duct 16 is connected to the air supply circuit 2 upstream of the compressor 3 with respect to the direction of air flow. However, advantageously, the pipe 16 may be connected downstream of the compressor 3, and more particularly downstream of the cooling device 4. This makes it possible to avoid condensation by the cooling device 4 of the corrosive products present in the combustion gases.

Dans l’exemple représenté figure 1, les gaz oxydant circulant dans la conduite 18 sont constitués par l’air du circuit 2 d’alimentation en air du moteur.In the example shown in FIG. 1, the oxidizing gases flowing in the pipe 18 consist of the air of the air supply circuit 2 of the engine.

Toutefois, l’invention n’est pas limitée à cette forme de réalisation particulière. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant est ainsi équipée d’une pompe à air 20 prélevant l’air de l’atmosphère extérieure. Cette pompe à air 20, ici disposée à une des extrémités de la conduite 18, pourrait être installée en tout endroit de la conduite 18.However, the invention is not limited to this particular embodiment. In the embodiment shown in Figure 3, the pipe 18 for supplying oxidizing gas is thus equipped with an air pump 20 taking air from the outside atmosphere. This air pump 20, here disposed at one end of the pipe 18, could be installed anywhere in the pipe 18.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, une tubulure 22 de dérivation raccorde en outre la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant à la conduite 12 d’échappement en aval du dispositif 14 de traitement. Il est en outre prévu une vanne 24 de régulation de la circulation des gaz oxydant vers l’amont ou l’aval du dispositif 14 de traitement dans la conduite 12 d’échappement.In the embodiment shown in Figure 3, a branch pipe 22 further connects the pipe 18 for supplying oxidizing gas to the exhaust pipe 12 downstream of the treatment device 14. There is further provided a valve 24 for regulating the flow of oxidizing gases upstream or downstream of the treatment device 14 in the exhaust pipe 12.

Tel que représenté sur la figure 3, la vanne 24 est disposée au niveau du raccordement de la tubulure 22 avec la conduite 18. La figure 3 représente la vanne 24 dans une position dans laquelle la tubulure 22 de dérivation est fermée, le gaz oxydant circulant uniquement vers l’amont du dispositif 14 de traitement via la portion 18a de la conduite 18 située entre la vanne 24 et le raccordement 19 de la conduite 18 à la conduite 12 d’échappement. Dans une autre position non représentée, la vanne 24 peut ouvrir la tubulure de dérivation 22 et fermer la portion 18a de la conduite 18 acheminant les gaz oxydant en aval du dispositif 14 de traitement. Cette position permet d’éviter l’alimentation en gaz oxydant du dispositif 14 de traitement lorsque cette alimentation n’est pas nécessaire du fait du régime de fonctionnement du moteur, tout en maintenant une circulation d’air à l’intérieur de la conduite 18, favorisant ainsi le refroidissement des gaz de combustion circulant dans la conduite 16 de recirculation.As shown in Figure 3, the valve 24 is disposed at the connection of the pipe 22 with the pipe 18. Figure 3 shows the valve 24 in a position in which the branch pipe 22 is closed, the oxidizing gas flowing only upstream of the treatment device 14 via the portion 18a of the pipe 18 located between the valve 24 and the connection 19 of the pipe 18 to the pipe 12 exhaust. In another position not shown, the valve 24 can open the branch pipe 22 and close the portion 18a of the pipe 18 carrying the oxidizing gas downstream of the device 14 treatment. This position makes it possible to avoid supplying oxidizing gas to the treatment device 14 when this supply is not necessary because of the operating speed of the motor, while maintaining an air flow inside the pipe 18. , thereby promoting the cooling of the flue gases circulating in the recirculation pipe 16.

La conduite de dérivation 22 et la vanne 24 prévues dans le mode de réalisation de la figure 3 peuvent également être prévues dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 1.The branch line 22 and the valve 24 provided in the embodiment of FIG. 3 can also be provided in the embodiment described with reference to FIG.

La vanne 24 peut également être agencée afin de permettre de fermer complètement la conduite 18, par exemple, dans le cadre du mode de réalisation de la figure 1, lorsque les conditions de fonctionnement du moteur exigent que la totalité de l’air circulant dans le circuit 2 d’alimentation en air du moteur entre dans le moteur.The valve 24 may also be arranged to allow complete closure of the pipe 18, for example, in the context of the embodiment of Figure 1, when the operating conditions of the engine require that all the air flowing in the 2 engine air supply circuit enters the engine.

La vanne 24 peut être une vanne électro-commandée, par exemple liée au système 6 de gestion et de contrôle du moteur. Ce système 6 de contrôle et de gestion peut également commander le fonctionnement de la pompe à air 20 lorsqu’elle est présente. Le pilotage de la vanne 24 peut être ainsi réalisé en fonction du fonctionnement du moteur. A titre d’exemple, cette vanne 24 peut être pilotée en fonction des informations reçues par des capteurs situés au niveau du système 6 de contrôle du moteur et qui définissent à chaque instant la nature du besoin d’injection d’air en amont du dispositif 14 de traitement.The valve 24 may be an electro-controlled valve, for example linked to the system 6 for management and control of the engine. This control and management system 6 can also control the operation of the air pump 20 when it is present. The control of the valve 24 can thus be achieved depending on the operation of the engine. For example, this valve 24 can be driven according to the information received by sensors located at the engine control system 6 and which define at each moment the nature of the need for air injection upstream of the device 14 of treatment.

Dans l’exemple, la vanne 24 est située au point de raccordement de la tubulure de circulation 22 sur la conduite 18. On pourrait toutefois envisager de positionner cette vanne à l’autre extrémité de la tubulure de dérivation 22. Cette vanne pourrait également être disposée à l’extrémité de la conduite 18, du côté de son raccordement à la conduite 12 d’échappement.In the example, the valve 24 is located at the connection point of the circulation pipe 22 on the pipe 18. However, it could be considered to position this valve at the other end of the branch pipe 22. This valve could also be disposed at the end of the pipe 18, on the side of its connection to the exhaust pipe 12.

Les différents modes de réalisation décrits en référence aux figures 1 à 4 peuvent être combinés, de même que les différentes variantes décrites pour chacun de ces modes de réalisation. A noter notamment que le raccordement de la conduite 18 d’alimentation en gaz oxydant sur le circuit 2 d’alimentation en air est avantageusement situé en aval du dispositif 4 de refroidissement de façon à injecter un air plus frais et dense dans la conduite 12 d’échappement, améliorant ainsi le refroidissement des gaz de combustion circulant dans la conduite 16 de recirculation des gaz combustion.The various embodiments described with reference to FIGS. 1 to 4 can be combined, as can the different variants described for each of these embodiments. It should be noted in particular that the connection of the oxidizing gas feed pipe 18 to the air supply circuit 2 is advantageously located downstream of the cooling device 4 so as to inject a cooler and denser air into the pipe 12 of the exhaust, thus improving the cooling of the combustion gases flowing in the flue gas recirculation duct 16.

La présente invention permet ainsi de refroidir à moindre coût les gaz de combustion renvoyés dans le circuit d’alimentation d’air d’un véhicule automobile en utilisant une conduite déjà existante pour le fonctionnement des dispositifs de traitement dépolluants. Il permet également une baisse substantielle des coûts et une réduction du nombre de pièces utilisées. Enfin, il permet une grande simplification en terme d’architecture et d’implantation autour du moteur, le nombre de pièces nécessaire étant réduit.The present invention thus makes it possible to cool at a lower cost the combustion gases returned to the air supply circuit of a motor vehicle by using an already existing duct for the operation of the depolluting treatment devices. It also allows a substantial decrease in costs and a reduction in the number of parts used. Finally, it allows a great simplification in terms of architecture and implementation around the engine, the number of parts needed being reduced.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Système (10) d’échappement d’un moteur à combustion interne comprenant : une conduite (12) d’échappement dans laquelle circulent les gaz de combustion issus du moteur, apte à être raccordée à un orifice d’échappement des gaz de combustion du moteur et équipée d’au moins un dispositif (14) de traitement des gaz de combustion par oxydation, une conduite (16) de recirculation des gaz de combustion raccordée à la conduite (12) d’échappement et apte à être raccordée à un circuit d’alimentation en air du moteur, une conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant raccordée à la conduite (12) d’échappement en amont dudit au moins un dispositif (14) de traitement par rapport au sens d’écoulement des gaz de combustion issus du moteur, caractérisé en ce que la conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant et la conduite (16) de recirculation des gaz de combustion présentent, sur au moins une partie de leur longueur, au moins une surface (17) d’échange de chaleur entre les gaz de combustion et le gaz oxydant.1. System (10) for exhausting an internal combustion engine comprising: an exhaust pipe (12) in which the combustion gases flowing from the engine, capable of being connected to an exhaust port for the exhaust gases, flow. combustion engine and equipped with at least one device (14) for treating oxidation combustion gases, a conduit (16) recirculation of combustion gases connected to the pipe (12) exhaust and able to be connected to an engine air supply circuit, an oxidizing gas supply pipe (18) connected to the exhaust pipe (12) upstream of said at least one treatment device (14) with respect to the direction of flow combustion gases from the engine, characterized in that the pipe (18) for supplying oxidizing gas and the pipe (16) for recirculating the combustion gases have, on at least part of their length, at least one surface (17) of exchange heat generation between the combustion gases and the oxidizing gas. 2. Système (10) d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (17) d’échange de chaleur présente des ondulations ou des cannelures.2. System (10) exhaust according to claim 1, characterized in that the surface (17) of heat exchange has corrugations or grooves. 3. Système (10) d’échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conduites (16, 18) de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant présentent au moins une partie de paroi commune formant la surface (17) d’échange de chaleur.3. Exhaust system (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the pipes (16, 18) for recirculating the combustion gases and supplying the oxidizing gas have at least one common wall part forming the surface (17) for heat exchange. 4. Système (10) d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, sur au moins une partie de leur longueur, une conduite choisie parmi les conduites (16, 18) de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant est interne à l’autre conduite, la paroi de la conduite interne formant la surface (17) d’échange de chaleur.4. System (10) exhaust according to any one of claims 1 to 3, characterized in that, over at least a portion of their length, a pipe selected from the ducts (16, 18) for recirculation of gases from combustion and supply of oxidizing gas is internal to the other pipe, the wall of the inner pipe forming the surface (17) of heat exchange. 5. Système (10) d’échappement selon Tune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les conduites (16, 18) de recirculation des gaz de combustion et d’alimentation en gaz oxydant présentent une forme hélicoïdale, au moins le long de la surface (17) d’échange de chaleur.5. System (10) exhaust according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the pipes (16, 18) recirculation of the combustion gas and oxidizing gas supply have a helical shape, at least the along the surface (17) of heat exchange. 6. Système (10) d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il présente une tubulure (22) de dérivation raccordant la conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant à la conduite (12) d’échappement en aval du dispositif (14) de traitement, et une vanne (24) de régulation de la circulation du gaz oxydant vers l’amont ou l’aval du dispositif (14) de traitement.6. System (10) exhaust according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a branch pipe (22) connecting the pipe (18) for supplying oxidizing gas to the pipe ( 12) downstream of the treatment device (14), and a valve (24) for regulating the flow of the oxidizing gas upstream or downstream of the treatment device (14). 7. Système (10) d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant comporte une pompe à air (20) pour injecter de l’air provenant de l’atmosphère extérieure dans ladite conduite (18).7. System (10) exhaust according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the pipe (18) for supplying oxidizing gas comprises an air pump (20) for injecting air from the outside atmosphere in said pipe (18). 8. Moteur (1) à combustion interne comprenant un système (10) d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 et un circuit (2) d’alimentation en air, dans lequel la conduite (16) de recirculation des gaz de combustion est raccordée au circuit (2) d’alimentation en air.An internal combustion engine (1) comprising an exhaust system (10) as claimed in any one of claims 1 to 7 and an air supply circuit (2), wherein the recirculation conduit (16) comprises flue gas is connected to the air supply circuit (2). 9. Moteur (1) à combustion interne selon la revendication 8, dans lequel le système (10) d’échappement est selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et le circuit (2) d’alimentation en air est équipé d’un dispositif (3) de compression de l’air, caractérisé en ce que la conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant est raccordée au circuit (2) d’alimentation en air, en aval du dispositif (3) de compression par rapport au sens d’écoulement de l’air.The internal combustion engine (1) according to claim 8, wherein the exhaust system (10) is according to any one of claims 1 to 6 and the air supply circuit (2) is equipped with a device (3) for compressing air, characterized in that the pipe (18) supplying oxidizing gas is connected to the air supply circuit (2) downstream of the compression device (3) by relative to the direction of flow of air. 10. Moteur (1) à combustion interne selon la revendication 9, dans lequel le circuit (2) d’alimentation en air comprend en outre un dispositif (4) de refroidissement d’air situé en aval du dispositif (3) de compression de l’air selon le sens d’écoulement de l’air, caractérisé en ce qu’une conduite au moins choisie parmi la conduite (18) d’alimentation en gaz oxydant et la conduite (16) de recirculation des gaz de combustion est raccordée au circuit (2) d’alimentation en air en aval du dispositif (4) de refroidissement.10. The internal combustion engine (1) according to claim 9, wherein the air supply circuit (2) further comprises an air cooling device (4) located downstream of the compression device (3). the air according to the direction of flow of the air, characterized in that a pipe at least chosen from the pipe (18) for supplying oxidizing gas and the pipe (16) for recirculating the combustion gases is connected to the air supply circuit (2) downstream of the cooling device (4).
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