TITRE : DISPOSITIF D’INJECTION D’AIR SECONDAIRE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2103158 déposée le 29.03.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un dispositif d’injection d’air secondaire pour moteur à combustion interne.

Il est connu, par exemple du document US56666804A un dispositif d’injection d’air secondaire dans la ligne l’échappement d’un moteur à combustion interne. Ce circuit d’injection d’air secondaire s’étend entre un piquage sur la ligne d’admission d’air du moteur et un piquage sur la ligne d’échappement de ce moteur. Ce circuit d’injection d’air secondaire comprend une pompe à air et des moyens de contrôle du débit d’air. Ces circuits d’injection d’air secondaire peuvent contenir des condensais issus de la condensation et/ou de la détente des gaz et retenus dans le circuit. Ces condensais sont censés être évacués soit par évaporation ou par entraînement vers l’échappement via le flux d’air. Cependant il n’y a pas de certitude sur l’évacuation des condensais s’ils sont formés lorsque le dispositif d’injection d’air secondaire est inactif, c’est-à-dire quand la pompe à air est arrêtée et les moyens de contrôle du débit d’air fermé.

L’invention vise à résoudre cette problématique. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un dispositif d’injection d’air secondaire pour moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement des gaz brûlés, ce dispositif comprenant :

-une conduite d’air secondaire destinée à s’étendre entre la ligne d’admission et la ligne d’échappement,

-une pompe à air disposée dans la conduite d’air secondaire,

-une vanne de contrôle du passage d’air disposée dans la conduite d’air secondaire, en aval de la pompe à air, caractérisé en ce qu’il comprend un tube d’évacuation des condensais relié à la conduite d’air, entre la pompe à air et la vanne, le tube d’évacuation étant équipé d’un clapet anti- retour taré pour s’ouvrir et permettre l’évacuation des condensais quand la pression d’air dans conduite d’air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé.

L’effet technique est de permettre une purge des condensais de la conduite servant à l’injection d’air secondaire dans la ligne d’échappement.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :

Selon une réalisation, la conduite d’air secondaire comprend un moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie comprise entre la pompe et la vanne, le tube d’évacuation étant relié au niveau du moyen de collecte des condensats.

Selon une réalisation, le moyen de collecte des condensats est formé par un siphon.

Selon une réalisation, le dispositif comprend un tuyau de drainage reliant la partie de la conduite d’air secondaire, en amont de pompe à air au tube d’évacuation, après le clapet anti-retour.

Selon une réalisation, le tuyau de drainage comprend un clapet anti-retour.

Selon une réalisation, la conduite d’air secondaire comprend un autre moyen de collecte des condensats par gravité disposé dans sa partie en amont de la pompe à air, le tuyau de drainage étant relié au niveau de cet autre moyen de collecte des condensats.

L’invention a aussi pour objet un procédé de purge des condensats contenus dans un dispositif selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites, caractérisé en qu’une surpression est générée dans la partie de la conduite d’air comprise entre la pompe à air et la vanne par activation de la pompe à air et fermeture simultanée de vanne.

Selon une variante, le procédé comprend une étape postérieure d’ouverture de la vanne avec pompe à air activée.

Selon une variante, le procédé est réalisé suite à un arrêt du moteur à combustion interne. L’invention a aussi pour objet un véhicule avec moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’admission d’air et une ligne d’échappement, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites, et des moyens de contrôle du fonctionnement de la pompe et de la vanne configurés pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.

D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :

[Fig 1] : cette figure une représentation schématique d’un mode de réalisation conforme à l’invention de circuit d’injection d’air secondaire dans une ligne d’échappement.

La figure 1 présente un dispositif d’injection d’air secondaire à l’échappement. Le dispositif d’injection d’air secondaire équipe un moteur à combustion interne comprenant une ligne d’admission d’air 1 pour la combustion dans le moteur à combustion interne et une ligne d’échappement 2 des gaz brûlés. Le moteur à combustion interne peut équiper un véhicule, pour sa propulsion.

La ligne d’admission d’air 1 peut comprendre un filtre 1a de l’air admis dans la ligne d’admission d’air 1.

Le dispositif d’injection d’air comprend une conduite 3 d’air secondaire. Cette conduite 3 d’air secondaire s’étend entre la ligne d’admission d’air 1 et la ligne d’échappement 2. Cette conduite 3 d’air secondaire est reliée à la ligne d’admission 1 d’air au niveau d’un piquage 1 b, placé de préférence après le filtre à air relativement au sens d’écoulement de l’air d’admission ligne d’admission 1 d’air. Cette conduite 3 d’air secondaire est reliée à la ligne d’échappement 2 d’air au niveau d’un piquage 2a.

Le dispositif d’injection d’air secondaire comprend encore une pompe à air 4 disposée dans la conduite 3 d’air secondaire. Cette pompe à air 4 peut être une pompe animée par un moteur électrique M.

Le dispositif d’injection d’air secondaire comprend encore une vanne 5 de contrôle du passage d’air disposée dans la conduite 3 d’air secondaire, en aval de la pompe à air 4, ici relativement au sens de circulation de l’air dans la conduite 3 d’air secondaire. La vanne 5 peut être une électrovanne.

Le pilotage du fonctionnement de la pompe 4 à air et de la vanne 5 est assuré par des moyens de contrôle 6, par exemple un calculateur électronique.

Le dispositif d’injection d’air secondaire à l’échappement peut être utilisé pour injecter de l’air dans l’échappement après un arrêt moteur suffisamment long pour que le dispositif se refroidisse et que des condensais apparaissent.

Afin de pouvoir évacuer les condensais qui pourraient s’accumuler dans la partie de la conduite 3 d’air secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5, il est prévu un tube 7 d’évacuation des condensats relié à la conduite 3 d’air entre la pompe à air 4 et la vanne 5. Le tube 7 d’évacuation est équipé d’un clapet anti-retour 8 taré pour s’ouvrir et permettre l’évacuation des condensats quand la pression d’air dans conduite 3 d’air secondaire dépasse un seuil de pression prédéterminé. Le clapet anti retour 8 peut être un clapet mécanique à bille avec un ressort taré à ce seuil de pression prédéterminée.

En pratique, ce seuil de pression est supérieur à la pression requise pour vaincre les pertes de charge de la conduite d’air lors de la phase normale d’alimentation en air de l’échappement, quand la vanne 5 est ouverte.

L’évacuation des condensats sera générée par la surpression ouvrant le clapet anti-retour 8. Le tube 7 d’évacuation possède un orifice de sortie 9 ouvert sur le milieu extérieur permettant l’évacuation des condensats liquide voire gazeux.

Afin de faciliter le regroupement des condensats dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5, on peut prévoir de disposer dans cette partie un moyen de collecte des condensats par gravité. Ce moyen de collecte peut avoir la forme d’un siphon 10 en forme de U. Ce siphon 10 est disposé en partie basse la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5. Le tube 7 d’évacuation est relié au siphon 10. Le clapet 8 est placé au plus près du siphon 10, pour éviter l’accumulation de condensats sans le tube 7 d’évacuation.

On peut également prévoir un tuyau 11 de drainage, de section réduite par rapport à celle de la conduite d’air 3 secondaire. Le tuyau 11 de drainage relie la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de pompe à air 4 au tube 7 d’évacuation, après le clapet anti-retour 8, c’est-à-dire entre le clapet anti-retour 8 et l’orifice de sortie 9 du tube 7 d’évacuation. De préférence, Le tuyau 11 de drainage relie le tube 7 d’évacuation juste après le clapet anti retour 8.

Afin de faciliter le regroupement des condensais dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air 4, on peut également prévoir de disposer dans cette partie un autre moyen de collecte des condensais par gravité. Cet autre moyen de collecte peut avoir la forme d’un siphon 12 en forme de U. Cet autre siphon 12 est disposé en partie basse la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air 4.

On peut prévoir d’ajouter sur le tuyau 11 de drainage un clapet anti retour 13, ce qui permet d’éviter les fuites air filtré vers le milieu extérieur.

La purge des condensais à l’extérieur est générée par une surpression ouvrant le clapet anti retour 8. Cette surpression dans la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5 est obtenue en activant la pompe à air 4 et en fermant dans le même temps la vanne 5. Pour un maximum d’efficacité cette activation se déroule après un arrêt du moteur à combustion interne. Ainsi une très grande partie des condensats sera évacuée à une température supérieure à 0°C, dans un environnement moteur assez chaud pour éviter le gel des condensats.

Au moment de l’évacuation des condensats, la pression sera supérieure à la pression atmosphérique, ouvrant le clapet anti retour 8 sur le milieu extérieur et entraînant les condensats de la partie de la conduite d’air 3 secondaire comprise entre la pompe à air 4 et la vanne 5.

Durant cette activation, les condensats de la partie de la conduite d’air 3 secondaire en amont de la pompe à air sont également aspiré via le tuyau 11 de drainage grâce à l’aspiration liée à la variation de pression locale dans le tube 7 d’évacuation obtenue par effet Venturi.

Suite à cette première étape on peut prévoir une étape postérieure d’ouverture de la vanne 5 avec pompe à air 4 activée, pour extraire le reliquat des condensats, restés dans la vanne 5 vers l’échappement. Cette activation effectuée après un arrêt moteur est le garant d’une purge efficace, et permettra le bon fonctionnement du dispositif d’injection d’air secondaire, même à des températures inférieures à 0°C car on évite ainsi le gel excessif des condensais dans les siphons 10, 12, dans la pompe à air4 et dans la vanne 5.