WO2016062944A1 - Vanne de circulation de gaz d'echappement d'un moteur, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Vanne de circulation de gaz d'echappement d'un moteur, notamment pour vehicule automobile Download PDF

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Grégory HODEBOURG
Samuel Leroux
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/71—Multi-way valves

Definitions

  • Exhaust gas circulation valve of an engine particularly for a motor vehicle
  • the invention relates to an exhaust gas circulation valve in an engine and to a motor and a motor vehicle comprising such a valve.
  • the current engines include an exhaust gas recirculation pollution control system which consists of a pipe for passing the exhaust gas to the intake, together with a heat exchanger for cooling the exhaust gases. burnt gas and a valve, commonly called Exhaust Gas Recirculation (EGR) valve, whose opening is controlled by an engine control computer to regulate the flow of burnt gas reintroduced towards the admission.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the operating principle of this type of valve is thus based on the controlled rotation of a flap, which can pass from a full open position to let the exhaust gas, to a closed position to block the passage .
  • an exhaust gas recirculation valve comprises a body defining a main duct for the flow of exhaust gases towards the outside of the vehicle via a muffler and an auxiliary duct called recirculation of the exhaust gas.
  • the engine control valve has a flap, which is pivotally mounted on an axis of rotation, so that said axis separates the flap into a first portion and a second portion. It should be noted that no physical limit materializes the boundary between the first and second part of the flap, said parts being fictitiously separated by a plane passing through the axis of rotation of the flap and cutting said flap perpendicularly.
  • this flap When this flap is in a closed position, it comes into contact with sealing means, such as a seal, which are integral with the valve body, more particularly the internal structure of the valve body. More specifically, the first part comes into contact with one face of the seal, while the second part of said flap bears against the opposite face of said seal.
  • sealing means such as a seal
  • a motor control valve 10 of the prior art comprises a flap 12 rotatably mounted about an axis of rotation 14, separating said flap 12 into a first 16 and a second portion 18 said portions 16, 18 being connected to each other rigidly and in continuity with one another.
  • the shutter 12 has, in section, generally the shape of a rectangular parallelepiped of small thickness, whose longitudinal axis is perpendicular to the axis 14 of rotation which passes through said shutter 12.
  • the exhaust duct coming to connect to the inlet of the main duct and the exhaust duct coming to connect at the outlet of the main duct both have a circular section.
  • the flow of exhaust gas is through a circular section pipe upstream of the recirculation flap, a rectangular section of pipe in the main pipe and again through a pipe circular section downstream of the recirculation flap.
  • This double change in shape of the exhaust gas passage section induces a large double pressure drop which is detrimental to the flow dynamics of the exhaust gas.
  • the invention aims in particular to provide an economical and effective solution to these problems.
  • a valve in particular for recirculating the exhaust gas from an engine for a motor vehicle, comprising a flap mounted for rotation in a valve body about an axis between an open position of the flow of a fluid through the flap and a closed position to stop the flow of fluid through the flap, characterized in that the flap comprises a first portion extending from one side of the axis and of substantially rectangular general shape whose two opposite peaks to the axis are rounded with a radius of curvature of between 10 and 40 mm, preferably between 15 and 35 mm.
  • said two portions of the flap that can be described as wedges have a greater radius of curvature than in the prior art, which makes it possible to reduce the pressure drops during the passage of a fluid in the valve when it is mounted between two pipes upstream and downstream circular section.
  • the shape of the contour of the first part of the flap in the valve according to the invention makes it possible, at the same surface, to reduce the perimeter of the free edge of said first part of the flap with respect to the prior art. In this way, the extent of the joint area between the first part of the flap and the valve body is reduced, which facilitates the achievement of sealing.
  • the valve comprises a second portion arranged opposite the first portion relative to the axis of rotation, this second portion having the shape of a half-disk.
  • a space is provided between the first part and said valve body, preferably all along the free edge of the first part.
  • the valve body defines a main duct intended to be connected to a motor exhaust line, an auxiliary duct opening into said main duct for recirculation of the exhaust gases, the fluid of exhaust flowing from the main duct to the auxiliary duct in the open position of the flap and being prohibited to flow in the auxiliary duct in the closed position of the flap.
  • the invention is thus particularly advantageous when the main duct is connected upstream and downstream to circular section ducts.
  • the invention also relates to a motor vehicle, comprising a motor incorporating a valve as described above.
  • the invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it is equipped with a device of the aforementioned type.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a valve according to the prior art wherein the flap is in the open position or recirculation of the exhaust gas;
  • FIG. 2 is a schematic perspective view and in a sectional plane perpendicular to the axis of the axis of rotation of the valve of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a valve according to the invention wherein the flap is in the open position or recirculation of the exhaust gas;
  • FIG. 4 is a schematic perspective view and in a sectional plane perpendicular to the axis of rotation of the valve of Figure 3.
  • the valve 10 comprises a body 20 defining a main duct 22 and an auxiliary fluid flow duct 24 opening into said main duct 22.
  • the main duct 22 is intended to be connected to the exhaust line of the engine and the auxiliary duct 24 allows the recirculation of gas exhaust.
  • the main duct 22 has, for example, an inlet orifice
  • the auxiliary duct 24 has an orifice communicating, for example, with an exhaust gas recirculation line.
  • the flap 16 In the closed position of the flap 16, it prevents the circulation of exhaust gas in the auxiliary duct 24. In the open position, the flow of exhaust gas from the exhaust line is made possible. It is understood that the flap 12 can also occupy any position between the two aforementioned closing and opening positions. In FIGS. 1 and 2, the flap 12 is in the closed position of full recirculation of the exhaust gases in the auxiliary duct 24. The valve 10 is configured so that it is in this position of the flap that the flow of gas in the auxiliary duct be maximum.
  • the first part 16 of the flap 12 has, as previously indicated, a rectangular outline and said main duct 22 also has a substantially rectangular section, at least in line with the location of the first part 16 of the flap 12 when the flap 12 is in position recirculation.
  • the first portion 16 of the flap 12 comprises, for example, a junction stop connecting two vertices or corner portions 28, 30 each having a circular shape. These two vertices 28, 30 are connected to the axis of rotation by two substantially parallel lateral portions 32.
  • the flap also comprises a second portion opposite the first portion relative to the axis of rotation.
  • This second part has a shape also rectangular having a dimension along the axis of rotation greater than the dimension of the first part. In a direction perpendicular to the axis of rotation of the flap, the dimension of the first portion 16 of the flap 12 is greater than the dimension of the second portion 18 of the flap 12.
  • main duct 22 is connected upstream and downstream to ducts of circular section, which induces significant losses in the flow of the exhaust gas.
  • the generally rectangular shape of the first part 1 16 of the shutter 1 12 is retained so as not to impact the size of the valve 100 in the engine.
  • the radius of curvature of the vertices or corner portions 128, 130 have a radius of curvature of between 10 and 40 mm, preferably between 15 and 35 mm ( Figure 3).
  • the flap 100 comprises a second portion 1 18 opposite the first portion, the second portion 1 18 having the shape of a half-disk. This particular form of the second part 1 18 to improve the progressivity of the flow.
  • a space is advantageously arranged all along the first portion 1 16 of the flap 1 12 between said first portion 1 16 and the body 120 of the valve 100.

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Abstract

Vanne de circulation de gaz d'échappement d'un moteur, notamment pour véhicule automobile L'invention concerne une vanne (100), en particulier de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur pour un véhicule automobile, comprenant un volet (112) monté à rotation dans un corps de vanne autour d'un axe (114) entre une position d'ouverture de l'écoulement d'un fluide au travers du volet (112) et une position de fermeture pour stopper l'écoulement du fluide au travers du volet (112). Selon l'invention, le volet comprend une première partie (116) s'étendant d'un côté de l'axe (114) et de forme générale sensiblement rectangulaire dont les deux sommets (128, 130) opposés à l'axe (114) sont arrondis avec un rayon de courbure compris entre 15 et 35 mm et comprenant une deuxième partie (118) agencée à l'opposé de la première partie (116) par rapport à l'axe de rotation, cette seconde partie ayant la forme d'un demi-disque.

Description

Vanne de circulation de gaz d'échappement d'un moteur, notamment pour véhicule automobile
L'invention se rapporte à une vanne de circulation de gaz d'échappement dans un moteur ainsi qu'à un moteur et un véhicule automobile comprenant une telle vanne.
De manière traditionnelle, les moteurs actuels comprennent un système de dépollution par recirculation des gaz d'échappement qui est constitué d'une conduite permettant de faire transiter les gaz d'échappement vers l'admission, assortie d'un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz brûlés et d'une vanne, appelée communément vanne de recirculation des gaz d'échappement (RGE ou EGR en anglais pour Exhaust Gas Recirculation), dont l'ouverture est pilotée par un calculateur de contrôle moteur afin de régler le débit de gaz brûlés réintroduits en direction de l'admission.
Le principe de fonctionnement de ce type de vanne repose ainsi sur la rotation commandée d'un volet, pouvant passer d'une position d'ouverture complète pour laisser passer le fluide de gaz d'échappement, à une position de fermeture pour bloquer ce passage.
En se référant à la figure 1 , une vanne de recirculation des gaz d'échappement comprend un corps définissant un conduit principal d'écoulement des gaz d'échappement vers l'extérieur du véhicule par l'intermédiaire d'un pot d'échappement et un conduit auxiliaire dit de recirculation des gaz d'échappement. La vanne de contrôle moteur possède un volet, qui est monté pivotant sur un axe de rotation, de sorte que ledit axe sépare le volet en une première partie et en une deuxième partie. Il est à préciser qu'aucune limite physique ne matérialise la frontière entre la première et la deuxième partie du volet, lesdites parties étant séparées fictivement par un plan passant par l'axe de rotation du volet et coupant ledit volet perpendiculairement. Lorsque ce volet se retrouve dans une position de fermeture, il vient au contact de moyens d'étanchéité, tel qu'un joint, qui sont solidaires du corps de vanne, plus particulièrement de la structure interne du corps de vanne. Plus précisément, la première partie vient au contact d'une face du joint, tandis que la deuxième partie dudit volet vient en appui sur la face opposée dudit joint.
En effet, en se référant à la figure 1 , une vanne de contrôle moteur 10 de la technique antérieure comprend un volet 12 monté à rotation autour d'un axe de rotation 14, séparant ledit volet 12 en une première 16 et une deuxième partie 18, lesdites parties 16, 18 étant reliées l'une à l'autre de façon rigide et en continuité l'une de l'autre. Le volet 12 a, en section, globalement la forme d'un parallélépipède rectangle de faible épaisseur, dont l'axe longitudinal est perpendiculaire à l'axe 14 de rotation qui traverse ledit volet 12.
Or, le conduit d'échappement venant se connecter en entrée du conduit principal ainsi que le conduit d'échappement venant se connecter en sortie du conduit principal ont tous les deux une section circulaire. Ainsi, l'écoulement des gaz d'échappement se fait au travers d'une conduite à section circulaire en amont du volet de recirculation, d'une portion de conduite à section rectangulaire dans le conduit principal puis de nouveau au travers d'une conduite à section circulaire en aval du volet de recirculation. La même observation est réalisée lorsque les gaz effectuent une recirculation. Ce double changement de forme de la section de passage des gaz d'échappement induit une double perte de charge importante qui est dommageable à la dynamique d'écoulement des gaz d'échappement.
En outre, bien qu'une forme rectangulaire du volet ne s'avère pas la plus adaptée pour assurer une contre pression optimale de fermeture du volet, il convient tout de même de conserver une forme générale rectangulaire pour des raisons d'encombrement de la vanne EGR dans l'environnement moteur.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution économique et efficace à ces problèmes. A cette fin, elle propose une vanne, en particulier de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur pour un véhicule automobile, comprenant un volet monté à rotation dans un corps de vanne autour d'un axe entre une position d'ouverture de l'écoulement d'un fluide au travers du volet et une position de fermeture pour stopper l'écoulement du fluide au travers du volet, caractérisée en ce que le volet comprend une première partie s'étendant d'un côté de l'axe et de forme générale sensiblement rectangulaire dont les deux sommets opposés à l'axe sont arrondis avec un rayon de courbure compris entre 10 et 40 mm, de préférence entre 15 et 35 mm.
Selon l'invention, lesdites deux portions du volet que l'on peut qualifier de coins présentent un rayon de courbure plus important que dans l'art antérieur, ce qui permet de réduire les pertes de charge lors du passage d'un fluide dans la vanne lorsque celle-ci est montée entre deux conduites amont et aval à section circulaire. De plus, la forme du contour de la première partie du volet dans la vanne selon l'invention permet, à même surface, de réduire le périmètre du bord libre de cette dite première partie du volet par rapport à la technique antérieure. De cette manière, l'étendue de la zone de jointure entre la première partie du volet et le corps de vanne est réduite, ce qui permet de faciliter la réalisation de l'étanchéité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la vanne comprend une deuxième partie agencée à l'opposé de la première partie par rapport à l'axe de rotation, cette seconde partie ayant la forme d'un demi-disque.
Préférentiellement, en position d'ouverture, un espace est ménagé entre la première partie et ledit corps de vanne, de préférence tout le long du bord libre de la première partie.
Le maintien d'un passage de fluide d'échappement limite considérablement les risques d'étouffement du moteur tout en assurant un débit dans le conduit auxiliaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps de vanne définit un conduit principal destiné à être raccordé à une ligne d'échappement moteur, un conduit auxiliaire débouchant dans ledit conduit principal pour une recirculation des gaz d'échappement, le fluide d'échappement circulant du conduit principal vers le conduit auxiliaire en position d'ouverture du volet et étant interdit de circuler dans le conduit auxiliaire en position de fermeture du volet.
Comme indiqué précédemment, l'invention est ainsi particulièrement intéressante lorsque le conduit principal est relié en amont et en aval à des conduites à section circulaires.
L'invention concerne encore un véhicule automobile, comprenant un moteur intégrant une vanne comme décrite ci-dessus.
L'invention concerne également un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif du type précité.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une vanne selon la technique antérieure dans laquelle le volet est en position d'ouverture ou de recirculation des gaz d'échappement ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective et selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe à l'axe de rotation de la vanne de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une vanne selon l'invention dans laquelle le volet est en position d'ouverture ou de recirculation des gaz d'échappement ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective et selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe de rotation de la vanne de la figure 3.
On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une vanne 10 selon la technique connue. La vanne 10 comprend un corps 20 définissant un conduit principal 22 et un conduit auxiliaire 24 d'écoulement du fluide, débouchant dans ledit conduit principal 22. Le conduit principal 22 est destiné à être raccordé à la ligne d'échappement du moteur et le conduit auxiliaire 24 permet la recirculation de gaz d'échappement.
Le conduit principal 22 présente, par exemple, un orifice d'entrée
26 et un orifice de sortie (non visible) destiné à communiquer avec la ligne d'échappement d'un moteur. Le conduit auxiliaire 24 présente un orifice communiquant, par exemple, avec une ligne de recirculation de gaz d'échappement.
En position de fermeture du volet 16, celui-ci empêche la circulation de gaz d'échappement dans le conduit auxiliaire 24. En position d'ouverture, la circulation de gaz d'échappement depuis la ligne d'échappement est rendu possible. On comprend que le volet 12 peut également occuper n'importe quelle position entre les deux positions de fermeture et d'ouverture précitées. Aux figures 1 et 2, le volet 12 est en position fermée de pleine recirculation des gaz d'échappement dans le conduit auxiliaire 24. La vanne 10 est configurée pour que ce soit dans cette position du volet que le débit de gaz dans le conduit auxiliaire soit maximum.
La première partie 16 du volet 12 présente, comme indiqué précédemment un contour rectangulaire et ledit conduit principal 22 présente également une section sensiblement rectangulaire, au moins au droit de l'emplacement de la première partie 16 du volet 12 lorsque le volet 12 est en position de recirculation.
La première partie 16 du volet 12 comprend, par exemple, une arrête de jonction reliant deux sommets ou portions de coins 28, 30 ayant chacun une forme circulaire. Ces dites deux sommets 28, 30 sont reliées à l'axe de rotation par deux portions latérales 32 sensiblement parallèles.
Comme représenté aux figures 1 et 2, le volet comprend également une seconde partie opposée à la première partie par rapport à l'axe de rotation. Cette seconde partie a une forme également rectangulaire ayant une dimension selon l'axe de rotation supérieure à la dimension de la première partie. Dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du volet, la dimension de la première partie 16 du volet 12 est supérieure à la dimension de la seconde partie 18 du volet 12.
Comme indiqué précédemment, le conduit principal 22 est relié en amont et en aval à des conduits à section circulaire, ce qui induit des pertes de charges importantes dans l'écoulement des gaz d'échappement.
Selon l'invention représentée aux figures 3 et 4, la forme générale rectangulaire de la première partie 1 16 du volet 1 12 est conservée de manière à ne pas impacter l'encombrement de la vanne 100 dans le moteur. Toutefois, selon l'invention, le rayon de courbure des sommets ou portions de coins 128, 130 ont un rayon de courbure compris entre 10 et 40 mm, de préférence entre 15 et 35 mm (figure 3).
L'augmentation du rayon de courbure des sommets ou portions de coins 128, 130 permet de limiter les pertes de charges dans la vanne 100.
Comme représenté en figure 4, le volet 100 comprend une seconde partie 1 18 opposée à la première partie, cette seconde partie 1 18 ayant la forme d'un demi-disque. Cette forme particulière de la seconde partie 1 18 d'améliorer la progressivité du débit.
Un espace est avantageusement aménagé tout le long de la première partie 1 16 du volet 1 12 entre cette dite première partie 1 16 et le corps 120 de la vanne 100.
On comprend que l'invention a été décrite en relation avec une vanne du type EGR dans un moteur d'un véhicule automobile. Toutefois, l'invention est également applicable à tout type d'environnement dans lequel un volet de vanne de forme sensiblement rectangulaire doit être conservé pour des raisons d'encombrement.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Vanne (100), en particulier de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur pour un véhicule automobile, comprenant un volet (1 12) monté à rotation dans un corps de vanne autour d'un axe (1 14) entre une position d'ouverture de l'écoulement d'un fluide au travers du volet (1 12) et une position de fermeture pour stopper l'écoulement du fluide au travers du volet (1 12), le volet comprenant une première partie (1 16) s'étendant d'un côté de l'axe (1 14) et de forme générale sensiblement rectangulaire dont les deux sommets (128, 130) opposés à l'axe (1 14) sont arrondis avec un rayon de courbure compris entre 10 et 40 mm,
et comprenant une deuxième partie (1 18) agencée à l'opposé de la première partie (1 16) par rapport à l'axe de rotation, cette seconde partie ayant la forme d'un demi-disque.
2. Vanne selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'en position d'ouverture, un espace est ménagé entre la première partie (1 16) et ledit corps de vanne (120), de préférence tout le long du bord libre de la première partie (1 16).
3. Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps de vanne (120) définit un conduit principal (122) destiné à être raccordé à une ligne d'échappement moteur, un conduit auxiliaire (124) débouchant dans ledit conduit principal (122) pour une recirculation des gaz d'échappement, le fluide d'échappement circulant du conduit principal (122) vers le conduit auxiliaire (124) en position d'ouverture du volet (1 12) et étant interdit de circuler dans le conduit auxiliaire (124) en position de fermeture du volet (1 12).
4. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le conduit principal (122) est relié en amont et en aval à des conduites à section circulaires.
5. Moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une vanne selon l'une des revendications précédentes.
6. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la revendication 6.
PCT/FR2015/052768 2014-10-17 2015-10-14 Vanne de circulation de gaz d'echappement d'un moteur, notamment pour vehicule automobile WO2016062944A1 (fr)

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