EP1343963B1 - Module echangeur de chaleur, specialement concu pour un systeme de recyclage des gaz d'echappement - Google Patents
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- EP1343963B1 EP1343963B1 EP01272042A EP01272042A EP1343963B1 EP 1343963 B1 EP1343963 B1 EP 1343963B1 EP 01272042 A EP01272042 A EP 01272042A EP 01272042 A EP01272042 A EP 01272042A EP 1343963 B1 EP1343963 B1 EP 1343963B1
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- F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
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- F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass
Definitions
- the present invention relates to a heat exchanger module for an exhaust gas recirculation system, which can in particular be applied to the exhaust gas recirculation systems of the engine of a vehicle to the intake.
- Other applications of this exchanger module may be the heating of the intake air and the refrigeration of the exhaust gases which are led to the catalytic converter for the gasoline engines.
- the exhaust gases are cooled in a heat exchanger (EGRC or "Exhaust Gas Recycling Cooler" mounted on the loop of the EGR system, so as to improve the efficiency of the system.
- EGRC Exhaust Gas Recycling Cooler
- EGR valve which controls the passage of the exhaust gas in the exchanger.
- the heat exchanger itself can have different configurations: for example, it can consist of a tubular flange inside which is arranged a series of parallel tubes in which the gases circulate, the refrigerant spreading in the flange, outside the tubes; in another application, the exchanger is composed of a series of parallel panels which constitute the exchange surfaces heat, so that the exhaust gases and the refrigerant circulate between two panels in alternating layers (see for example DE-A-914 450 ).
- the current EGR systems which are cooled have a disadvantage because the exhaust gases circulate via the exchanger whatever the mode of operation of the engine from the moment the EGR valve opens: the gases are cooled as long as the engine is operating at steady state and its temperature is high, such as during a cold start, when the temperature of the gases is much lower.
- the object of the present invention is to provide a solution to the drawbacks mentioned above by developing a heat exchanger module designed specifically for an exhaust gas recirculation system for maintaining a minimum level of gas emission. pollutants in the exhaust, irrespective of the engine operating condition.
- the heat exchange module of this invention is of the heat exchanger type equipped with circuits allowing the flow of the exhaust gases, the latter comprising among these means the ducts reserved for the flow of gases with heat exchange with a fluid of cooling; its particularity lies in the fact that the circuits used for the flow of the exhaust gases comprise at least one bypass duct, integrated in the exchanger, which is suitable for the circulation of the exhaust gases without these being subjected to a real cooling.
- bypass duct which can simply be called “bypass" makes it possible to avoid the cooling of the exhaust gases according to the different modes of operation of the engine, for example in the case of a cold start, for which its temperature does not vary. is not high and its cooling would be dangerous because of the emission of gaseous pollutants that it would generate.
- the exchanger module further comprises circuits for selecting the path of the exhaust gas, thus enabling these selection means to let the gases circulate through the ducts intended for their flow with heat exchange or well by the bypass duct without there being any real cooling.
- These means for selecting the path of the exhaust gases are preferably equipped with a temperature detector of these gases; it is thus possible to ensure that, whatever the mode of operation of the engine, the gases will be led to the most appropriate conduit, maintaining a minimum threshold emission of gaseous pollutants.
- the means for selecting the path of the exhaust gases are incorporated at least in part in the heat exchanger module. This feature allows the device to be compact and simple to mount.
- the exhaust path selection circuits comprise a three-way valve; this valve can be placed at the entrance of the exchanger, but it can indifferently be at the exit of the exchanger.
- the exhaust path selection means comprise a two-position valve which is associated with the aforementioned bypass conduit, which opens or closes the conduit at moment of the passage of the exhaust gases.
- This valve allows to direct the exhaust gases to the heat exchange ducts or to the bypass, depending on the nature of these gases, in a simple manner and without complicating the structure of the exchanger.
- this valve is mounted at the output of said bypass.
- the gases must necessarily pass through the tubes of the exchanger, whereas when the valve leaves the passage through the bypass open, the gases preferably take this path, because they lose less charge; it is possible to install indifferently the valve at the input of the bypass.
- the valve associated with the bypass is linearly driven, since this mode makes it possible to seal the assembly more easily; in this case, it is possible to choose between a plane seat valve, a needle valve, a gate valve or a piston valve.
- the valve may be rotatable, and a choice must be made between a butterfly valve, ball valve or rotary valve.
- thermostatic valve is more advantageous; its opening and closing are directly controlled by the temperature of the refrigerating liquid.
- the thermostatic control eliminates any external control, which makes it possible to avoid any problem of tightness as well as the need to exert an external control.
- the exchanger has the general structure of an exchanger equipped with a bundle of parallel tubes in which the exhaust gases circulate, the bypass being composed of a single tube, section roughly equivalent to the total section of this bundle of tubes; this tube will preferably be installed on the longitudinal axis of the exchanger.
- This invention also relates to any heat exchanger, in particular for an exhaust gas recirculation system, which includes exhaust gas flow circuits, including the aforementioned circuits which serve for the flow of gases with heat exchange with a cooling fluid, and which is distinguished by the fact that the circuits used for exhaust gas flow further comprise at least one bypass, incorporated in the exchanger, suitable for the circulation of the gases of exhaust without these undergoing a real cooling.
- the exchanger preferably consists of means for selecting the path of the exhaust gas, thus enabling these selection means to allow the flow of gas via the ducts intended for their flow. with heat exchange or via the bypass duct without any real cooling.
- an EGRC module comprises a heat exchanger 1, composed mainly of a flange 10 provided with a bundle of tubes 11 further having inside a bypass duct or by- pass 12, of greater diameter than each of the tubes 11 constituting the beam and which is independent of them.
- valve 2 At the inlet of the exchanger 1 is the valve 2, three-way, through which enter the exhaust gas by a line indicated by the arrow A, and through which they are driven, depending on the position of the valve, to the bundle of tubes 11 via the line indicated by the arrow B, as shown in figure 1 , or to the bypass 12 via the line indicated by the arrow C, as shown in FIG. figure 2 .
- the tubes 11 converge at the ends of the flange in two annular collectors, an inlet manifold 13 and an outlet manifold 14, which are arranged around the bypass 12. exhaust from the engine cylinders pass through the valve shown in figure 1 , from the valve 2 to the tubes 11, through the inlet manifold 13, while figure 2 the gases pass from the valve 2 to the conduit 12.
- a cooling fluid circulates inside the flange 10, but outside the tubes 11 and the bypass 12, between the fluid inlet 15 and a fluid outlet 16.
- the EGRC module described also includes circuits for detecting the temperature of the gases at the cylinder outlet, as well as means for controlling the valve 2.
- the means of control change the state of the valve to that of the figure 2 in such a way that most of the exhaust gases pass through the exchanger 1 via the bypass 12: because of the relatively large diameter of this duct, the heat exchange between the flow rate of the gases and the cooling fluid is thus reduced, and the gases are not cooled during their passage through the exchanger.
- the flow rate of gas recycled by the exchanger is usually between 5 g / s and 15 g / s, for a flow section with a heat exchange of between about 500 mm 2 and 1000 mm 2 , this section consisting of a large number of tubes with a hydraulic diameter of between 5 mm and 12 mm, inside a flange whose inner diameter is about 43 mm to 52 mm.
- the hydraulic diameter of the tubular by-pass may be between 10 mm and 40 mm approximately.
- the characteristic values of the temperatures of the gases flowing in a conventional exchanger, when the engine is at a normal speed, are 300 ° C at the inlet and 150 ° C at the outlet; in case of cold start, the gases at the inlet of the exchanger are between 100 and 150 ° C and the exchanger cools them to 50 ° C.
- the gases leaving the exchanger have almost the same temperature as at the inlet.
- valve 2 it is possible to install the valve 2 either at the inlet of the exchanger, as shown, or at the outlet; in this case, the pressure difference between the inlet and the outlet causes the exhaust gases to pass through the tube bundle or by-pass depending on the location of the valve.
- the modeling technique applied to the valve can take any form suitable for the design of the exchanger and its bypass; he is possible to integrate it into a single module in connection with the exchanger, or to have it as an external component.
- an exchanger module will then be defined for different applications of the gas path selection means.
- a valve 20 is associated with the bypass duct 12 - in this case it is a plane seat valve - located on the outlet manifold 14.
- the drive of the valve 20 (linear drive) is effected via an axis 21, and the outlet manifold 14 is suitably modified, the outlet 22 of the gases being effected perpendicular to the axis of the exchanger, for allow to house the valve 20 and its drive devices.
- bypass duct 12 remains in the closed position, since the gases must necessarily pass through the tubes 11, as shown by the arrows; they are then cooled by the coolant circulating inside the flange 10 (although its inputs and outputs are not shown in the figures).
- valve 20 opens, as shown in figure 5 most of the gases pass through the bypass duct 12, since they encounter only insignificant resistance and they are not cooled by their passage through the exchanger.
- linear drive valves that could replace the butterfly valve 20 are needle valves, gate valves of different sections or piston valves.
- FIGS. 6 and 7 show a variant of the application of the exchanger, in which a throttle valve 20 'has been incorporated instead of a plane seat valve 20 as proposed in the preceding figures.
- the drive shaft 21 'of the rotary valve, and the valve 21 can pass from the closed position of the bypass duct 12 ( figure 6 ) at an open position of the duct 12 ( figure 7 ).
- the modification of the outlet manifold 14 is limited to its elongation which allows it to accommodate the valve 20 '.
- the other rotary drive valves which may also be suitable for the application described may be two-way ball valves, which are provided with a duct passing therethrough, or rotary valves, composed of a plate articulated from a point of contact. its periphery to an axis of articulation located at the periphery of the duct 12 to be closed.
- the bypass duct valve can be either pneumatically, electrically or thermostatically driven.
- the control of the valve is carried out from the temperature of the gases themselves or the cooling fluid, so that the bypass duct opens, for example during the cold start of the engine, avoiding as well as the exhaust gases do not cool too much.
- This thermostatic drive mode is placed inside the exchanger, in order to avoid sealing problems related to the passage of a drive shaft in the flange.
- bypass valve into the outlet manifold (or into the inlet manifold) in one piece, which would have the effect of improving the tightness of the assembly.
- the pump body itself will include the connection to the gas circuit.
- bypass is integrated in the body of the exchanger.
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Description
- La présente invention se rapporte à un module échangeur de chaleur pour un système de recyclage des gaz d'échappement, qui peut en particulier s'appliquer aux systèmes de recyclage des gaz d'échappement du moteur d'un véhicule vers l'admission. Les autres applications de ce module échangeur peuvent être le réchauffement de l'air d'admission ainsi que la réfrigération des gaz d'échappement qui sont conduits vers le pot catalytique pour les moteurs à essence.
- Il existe un usage bien établi dans le domaine automobile qui consiste à fournir un système de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur Diesel, connu sous la dénomination EGR ou "Exhaust Gas Recycling", de façon à mélanger ces gaz à l'air d'admission, étant donné que la présence des gaz d'échappement dans ledit mélange diminue la production de NOx.
- Avant d'être mélangés à l'air d'admission, les gaz d'échappement sont refroidis dans un échangeur de chaleur (EGRC ou "Exhaust Gas Recycling Cooler") monté sur la boucle du système EGR, de façon à améliorer l'efficacité du système.
- À l'intérieur de la boucle, il y a en outre une soupape (soupape EGR) qui contrôle le passage du gaz d'échappement dans l'échangeur.
- L'échangeur de chaleur proprement dit peut avoir différentes configurations: par exemple, il peut se composer d'un flasque tubulaire à l'intérieur duquel est disposée une série de tubes parallèles dans lesquels circulent les gaz, le réfrigérant se répandant dans le flasque, à l'extérieur des tubes; dans une autre application, l'échangeur est composé d'une série panneaux parallèles qui constituent les surfaces d'échange calorifique, afin que les gaz d'échappement et le réfrigérant circulent entre deux panneaux, en couches alternées (voir par exemple
DE-A-914450 ). - Dans tous les cas, les systèmes actuels EGR qui sont refroidis présentent un inconvénient car les gaz d'échappement circulent via l'échangeur quel que soit le mode de fonctionnement du moteur à partir du moment où la soupape EGR s'ouvre: les gaz sont refroidis pour autant que le moteur fonctionne en régime stable et que leur température est élevée, comme au cours d'un démarrage à froid, lorsque la température des gaz est nettement inférieure.
- Cette opération de refroidissement des gaz lorsque leur température n'est pas élevée représente un inconvénient d'un point de vue écologique étant donné qu'elle augmente le niveau d'émissions de CO et d'hydrocarbures, assortie de surcroît d'une nuisance sonore.
- Le but de la présente invention est d'apporter une solution aux inconvénients mentionnés ci-dessus, en développant un module échangeur de chaleur, conçu spécifiquement pour un système de recyclage des gaz d'échappement permettant de maintenir un niveau minimal d'émission de gaz polluants dans les gaz d'échappement, quel que soit l'état de fonctionnement du moteur.
- Le module d'échange de chaleur de cette invention est du type échangeur de chaleur équipé de circuits permettant le débit des gaz d'échappement, celui-ci comprenant parmi ces moyens les conduits réservés au débit des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement; sa particularité réside dans le fait que les circuits servant au débit des gaz d'échappement comprennent au moins un conduit de by-pass, intégré à l'échangeur, qui convient à la circulation des gaz d'échappement sans que ceux-ci ne subissent un réel refroidissement.
- Le conduit de dérivation, qui peut simplement être appelé "by-pass", permet d'éviter le refroidissement des gaz d'échappement selon les différents modes de fonctionnement du moteur, par exemple en cas de démarrage à froid, pour lequel sa température n'est pas élevée et son refroidissement serait dangereux à cause de l'émission de gaz polluants qu'elle engendrerait.
- L'intégration du by-pass à l'intérieur de l'échangeur est très avantageuse, puisqu'elle permet de réduire l'espace nécessaire à cet ensemble; cet élément est très important pour les véhicules dont l'espace disponible est toujours limité.
- Parmi une application choisie de cette invention, le module échangeur comprend en outre des circuits pour sélectionner le parcours des gaz d'échappement, permettant ainsi à ces moyens de sélection de laisser les gaz circuler par les conduits destinés à leur débit avec échange de chaleur ou bien par le conduit de by-pass sans qu'il y ait de réel refroidissement.
- Ces moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement sont de préférence équipés d'un détecteur de température de ces gaz; il est ainsi possible de garantir que, quel que soit le mode de fonctionnement du moteur, les gaz seront menés vers le conduit le plus approprié, maintenant à un seuil minimum l'émission de gaz polluants.
- Dans une application plus avantageuse, les moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement sont incorporés au moins pour partie dans le module échangeur de chaleur. Cette particularité permet au dispositif d'être compact et simple à monter.
- Conformément à une application, les circuits de sélection de parcours des gaz d'échappement comprennent une soupape à trois voies; cette soupape peut être placée à l'entrée de l'échangeur, mais elle peut indifféremment se situer en sortie de l'échangeur.
- Même s'il est possible de monter cette soupape en sortie de l'échangeur pour des raisons liées à la fabrication, l'écart de pressions assure la transmission des gaz vers les conduits appropriés, en fonction de la position de la soupape.
- Conformément à une application de remplacement de cette soupape à trois voies, les moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement comprennent une soupape à deux positions qui est associée au conduit de by-pass cité plus haut, qui ouvre ou ferme le conduit au moment du passage des gaz d'échappement.
- Cette soupape permet d'orienter les gaz d'échappement vers les conduits avec échange de chaleur ou vers le by-pass, en fonction de la nature de ces gaz, de manière simple et sans compliquer la structure de l'échangeur.
- Dans une variante de l'application, cette soupape est montée à la sortie dudit by-pass. Lorsque la soupape ferme la sortie de ce conduit, les gaz doivent obligatoirement passer par les tubes de l'échangeur, tandis que quand la soupape laisse le passage par le by-pass ouvert, les gaz prennent de préférence ce chemin, parce qu'ils perdent moins de charge; il est possible d'installer indifféremment la soupape à l'entrée du by-pass.
- Conformément à une application choisie de cette invention, la soupape associée au by-pass est à entraînement linéaire, étant donné que ce mode permet d'assurer une étanchéité de l'ensemble plus aisée; dans ce cas, il est possible de choisir entre une soupape à siège plan, une soupape à pointeau, un robinet-vanne ou une soupape à piston.
- La soupape peut indifféremment être à commande rotative, et il conviendra d'effectuer un choix entre une vanne papillon, un clapet à bille ou une soupape rotative.
- La commande de la soupape thermostatique est plus avantageuse; son ouverture et sa fermeture sont directement commandées par la température du liquide de réfrigération.
- La commande thermostatique supprime toute commande externe, ce qui permet d'éviter tout problème d'étanchéité ainsi que la nécessité d'exercer un contrôle externe.
- Conformément à une démarche de fabrication particulièrement pratique, l'échangeur présente la structure générale d'un échangeur équipé d'un faisceau de tubes parallèles dans lesquels circulent les gaz d'échappement, le by-pass étant composé d'un seul tube, de section à peu près équivalente à la section totale de ce faisceau de tubes; on installera de préférence ce tube sur l'axe longitudinal de l'échangeur.
- Cette solution simplifie la fabrication de l'échangeur de chaleur, étant donné qu'il peut être fabriqué sur une ligne traditionnelle avec seulement quelques légères modifications.
- Cette invention concerne également tout échangeur de chaleur, en particulier pour un système de recyclage des gaz d'échappement, qui comporte des circuits servant au débit des gaz d'échappement, y compris les circuits mentionnés ci-dessus qui servent au débit des gaz avec échange calorifique avec un fluide de refroidissement, et qui se distingue par le fait que les circuits servant au débit des gaz d'échappement comprennent en outre au moins un by-pass, incorporé dans l'échangeur, adapté à la circulation des gaz d'échappement sans que ceux-ci ne subissent un réel refroidissement.
- En outre, l'échangeur se compose de préférence de moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement, permettant ainsi à ces moyens de sélection de permettre la circulation des gaz via les conduits destinés à leur débit avec échange de chaleur ou via le conduit de by-pass sans qu'il y ait de réel refroidissement.
- Afin de permettre une meilleure compréhension de ce qui a été exposé auparavant, des plans sont joints à la présente, lesquels présentent de façon schématique et seulement à titre d'exemple non exhaustif, un cas pratique de l'application.
- Sur ces plans,
- la
figure 1 représente schématiquement un module échangeur de chaleur conforme à la présente invention, en position de fonctionnement; - la
figure 2 représente le module de lafigure 1 dans une autre condition de fonctionnement; - la
figure 3 est une vue en coupe de l'échangeur de chaleur; - les
figures 4 et 5 sont des vues en coupe longitudinale d'un échangeur conformément à une application de la présente invention, dans lequel est montée une soupape à siège plan, respectivement en position fermée et ouverte; enfin - les
figures 6 et 7 sont des vues semblables auxfigures 4 et 5 , pour un échangeur muni d'une vanne papillon. - Comme le montrent les figures, un module EGRC conformément à l'invention comporte un échangeur de chaleur 1, composé principalement d'un flasque 10 muni d'un faisceau de tubes 11 présentant en outre à l'intérieur un conduit de dérivation ou by-pass 12, de diamètre supérieur à chacun des tubes 11 composant le faisceau et qui est indépendant de ceux-ci.
- En entrée de l'échangeur 1 se trouve la soupape 2, à trois voies, par laquelle entrent les gaz d'échappement par une ligne indiquée par la flèche A, et à travers laquelle ils sont conduits, selon la position de la soupape, vers le faisceau de tubes 11 via la ligne indiquée par la flèche B, comme le montre la
figure 1 , ou vers le by-pass 12 via la ligne indiquée par la flèche C, comme le montre lafigure 2 . - Dans les deux cas, les gaz sortent par l'autre extrémité de l'échangeur, par une ligne D qui les conduit vers l'admission aux cylindres.
- Comme le montre la
figure 3 , qui représente plus en détail l'échangeur 1, les tubes 11 convergent aux extrémités du flasque dans deux collecteurs annulaires, un collecteur d'entrée 13 et un collecteur de sortie 14, qui sont disposés autour du by-pass 12. Les gaz d'échappement provenant des cylindres du moteur passent, par la soupape représentée enfigure 1 , de la soupape 2 vers les tubes 11, à travers le collecteur d'entrée 13, alors qu'enfigure 2 les gaz passent de la soupape 2 au conduit 12. - Un fluide de refroidissement circule à l'intérieur du flasque 10, mais à l'extérieur des tubes 11 et du by-pass 12, entre l'entrée de fluide 15 et une sortie de fluide 16.
- Bien que cela ne soit pas représenté, le module EGRC décrit comprend également des circuits permettant de détecter la température des gaz en sortie de cylindres, ainsi que des moyens de contrôle de la soupape 2.
- Le fonctionnement du module décrit est simple: pendant le fonctionnement normal du moteur, la soupape 2 reste dans la position de la
figure 1 , et les gaz d'échappement sont refroidis dans l'échangeur, de manière traditionnelle, étant donné qu'ils circulent dans le faisceau de tubes 11. - Cependant, lorsque la température des gaz d'échappement est basse, par exemple dans le cas d'un démarrage à froid ou en faible charge ou lorsque le moteur est en bas régime, il n'est pas opportun de les refroidir plus, puisque cela provoquerait une augmentation des émissions de CO et des hydrocarbures; les moyens de contrôle changent alors l'état de la soupape pour celui de la
figure 2 , de telle façon que la plupart des gaz d'échappement traversent l'échangeur 1 via le by-pass 12: à cause du diamètre relativement important de ce conduit, l'échange calorifique entre le débit des gaz et le fluide de refroidissement se trouve ainsi réduit, et les gaz ne sont pas refroidis lors de leur passage dans l'échangeur. - Pour une utilisation sur les véhicules de tourisme, le débit de gaz recyclé par l'échangeur est habituellement compris entre 5 g/s et 15 g/s, pour une section d'écoulement avec un échange calorifique compris environ entre 500 mm2 et 1000 mm2, cette section se composant d'un grand nombre de tubes d'un diamètre hydraulique compris entre 5 mm et 12 mm, à l'intérieur d'un flasque dont le diamètre intérieur est d'environ 43 mm à 52 mm.
- Dans ce cas, le diamètre hydraulique du by-pass tubulaire peut être compris entre 10 mm et 40 mm environ.
- Les valeurs caractéristiques des températures des gaz circulant dans un échangeur traditionnel, lorsque le moteur a un régime normal, sont de 300°C à l'entrée et de 150°C à la sortie; en cas de démarrage à froid, les gaz à l'entrée de l'échangeur sont compris entre 100 et 150°C et l'échangeur les refroidit à 50°C. Avec cette invention, grâce au by-pass les gaz en sortie de l'échangeur ont pratiquement la même température qu'à l'entrée.
- Il est possible d'installer la soupape 2 soit à l'entrée de l'échangeur, tel que présenté, soit en sortie; dans ce cas, la différence de pression entre l'entrée et la sortie fait passer les gaz d'échappement par le faisceau de tubes ou par le by-pass en fonction de l'emplacement de la soupape.
- La technique de modélisation appliquée à la soupape peut revêtir n'importe quelle forme convenant à la conception de l'échangeur et de son by-pass; il est possible de l'intégrer dans un module unique en liaison avec l'échangeur, ou bien de le disposer en tant que composant externe.
- En référence aux 4 à 7, on définira ensuite un module échangeur pour des applications différentes des moyens de sélection du parcours des gaz.
- Sur la
figure 4 on peut considérer un échangeur muni d'un collecteur d'entrée 13, un flasque 10 avec un faisceau de tubes 11 d'échange calorifique, un conduit de dérivation ou by-pass 12, ainsi qu'un collecteur de sortie 14. - Dans ce cas il passe d'un module muni d'une seule soupape à trois voies, qui a pour double fonction de contrôler le débit du gaz via l'EGR et d'ouvrir ou de fermer son accès grâce au by-pass de l'échangeur, à un module d'échangeur muni d'une soupape EGR traditionnelle, située à l'extérieur de l'échangeur (non représentée sur les figures), et d'une seconde soupape associée au conduit de dérivation, cette dernière étant une vanne TOR, intégrée à l'échangeur.
- C'est pourquoi, conformément à l'application représentée sur les
figures 4 et 5 , une soupape 20 est associée au conduit de dérivation 12 - dans le cas présent il s'agit d'une soupape à siège plan - située sur le collecteur de sortie 14. - L'entraînement de la soupape 20 (entraînement linéaire) s'effectue via un axe 21, et le collecteur de sortie 14 est modifié de façon appropriée, la sortie 22 des gaz s'effectuant perpendiculairement à l'axe de l'échangeur, pour permettre d'abriter la soupape 20 et ses dispositifs d'entraînement.
- À l'emplacement de la soupape 20 représentée sur la
figure 4 le conduit de dérivation 12 reste en position fermée, puisque les gaz doivent obligatoirement traverser les tubes 11, comme le montrent les flèches ; ils sont ensuite refroidis par le liquide de refroidissement qui circule à l'intérieur du flasque 10 (bien que ses entrées et sorties ne soient pas représentées sur les figures). - Si la soupape 20 s'ouvre, comme représenté en
figure 5 , la plupart des gaz passent par le conduit de dérivation 12, étant donné qu'ils y rencontrent qu'une résistance insignifiante et qu'ils ne sont pas refroidis par leur passage dans l'échangeur. - Les autres soupapes à entraînement linéaire qui pourraient remplacer la vanne papillon 20 sont les soupapes à pointeau, les robinets-vannes de différentes sections ou les soupapes à piston.
- Les
figures 6 et 7 montrent une variante de l'application de l'échangeur, dans laquelle on a intégré une vanne papillon 20' au lieu d'une soupape à siège plan 20 comme proposé dans les figures précédentes. - Dans ce cas, l'axe d'entraînement 21' de la soupape rotative, et la soupape 21 peut passer de la position fermée du conduit de dérivation 12 (
figure 6 ) à une position d'ouverture du conduit 12 (figure 7 ). - Pour cette application, la modification du collecteur de sortie 14 est limitée à son allongement qui lui permet d'héberger la vanne 20'.
- Les autres vannes à entraînement rotatif qui peuvent également convenir à l'application décrite peuvent être des clapets à bille à deux voies, qui sont munies d'un conduit les traversant, ou des soupapes rotatives, composées d'une plaque articulée depuis un point de son pourtour à un axe d'articulation situé en périphérie du conduit 12 à fermer.
- On pourrait installer une vanne à entraînement rotatif, telle que la vanne papillon 20', en l'équipant d'un système bielle-manivelle ou analogue, à l'intérieur de l'échangeur, pour que le mode d'entraînement passe en linéaire.
- La vanne du conduit de dérivation peut être soit à entraînement pneumatique, électrique ou thermostatique.
- Dans ce dernier cas, la commande de la vanne est effectuée à partir de la température des gaz eux-mêmes ou bien du fluide de refroidissement, afin que le conduit de dérivation s'ouvre, par exemple pendant le démarrage à froid du moteur, évitant ainsi que les gaz d'échappement ne se refroidissent trop. Ce mode d'entraînement thermostatique est placé à l'intérieur de l'échangeur, afin d'éviter les problèmes d'étanchéité liés au passage d'un axe d'entraînement dans le flasque.
- Les résultats des essais réalisés démontrent que la solution de la vanne TOR quant au conduit de dérivation est satisfaisante en plus de son installation simple et de son coût raisonnable.
- En effet, les essais menés à bien à moyen et bas régime (2250 rpm et 1250 rpm) et lorsque le moteur est en charge basse (PME = 1 bar), démontrent que les émissions d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone sont réduites de manière significative lorsque le conduit de dérivation est complètement ouvert; l'augmentation caractéristique de NOx afférent à la diminution des hydrocarbures et du monoxyde de carbone est quasiment inexistante en basse charge. En régime transitoire, l'amélioration est également importante.
- Il serait possible d'incorporer la soupape du by-pass dans le collecteur de sortie (ou dans celui d'entrée) dans une seule pièce, ce qui aurait pour conséquence d'améliorer l'étanchéité de l'ensemble. Le corps de pompe lui-même comprendra la connexion au circuit des gaz.
- Il est important d'insister sur le fait que jusqu'à présent a été décrite l'invention appliquée à un échangeur dont le type présente un faisceau de tubes dans lesquels les gaz d'échappement circulent, cet échangeur étant intégré dans un flasque dans lequel circule un fluide de refroidissement ; néanmoins cette invention ne se limite pas à ce type concret d'échangeur. Il serait possible d'appliquer à d'autres types d'échangeur un conduit ou passage en dérivation analogue, par exemple un échangeur à plaques parallèles, dans lequel les flux de gaz et de fluide réfrigérant se superposeraient en couches alternées.
- L'emplacement réel du by-pass à l'intérieur de l'échangeur, tout comme sa géométrie définitive peuvent varier d'un cas à l'autre selon le type d'échangeur : pour l'échangeur à faisceau de tubes, l'ordonnancement représenté sur les figures convient tout à fait puisqu'il ne requiert aucune modification importante des lignes de fabrication des échangeurs. Pour un échangeur à plaques, il serait possible d'avoir un conduit avec une géométrie tout à fait différente. Pour tous ces cas de figure, ce qui est important réside dans le fait que le by-pass est intégré dans le corps de l'échangeur.
- Enfin, bien qu'une représentation concrète de cette invention ait été faite et représentée, il est évident que l'autorité en la matière pourra introduire des variantes ainsi que des modifications, ou encore remplacer certains détails par d'autres de même équivalence technique, sans s'éloigner du champ de protection défini par les revendications ci-jointes.
Claims (19)
- Module échangeur de chaleur, spécialement conçu pour un système de recyclage des gaz d'échappement, qui comprend un échangeur de chaleur (1) muni de moyens servant au débit de ces gaz d'échappement, comportant parmi lesdits moyens, certains conduits (11) destinés au débit des gaz avec échange calorifique avec un fluide de refroidissement, présentant la configuration générale d'un échangeur (1) avec un faisceau de tubes parallèles (11) pour permettre le passage des gaz d'échappement, et par le fait qu'un by-pass se compose d'un tube unique (12), caractérisé par le fait que les moyens servant au débit des gaz d'échappement comprennent en outre au moins le by-pass (12), intégré dans l'échangeur (1), adapté pour que les gaz d'échappement y circulent sans qu'ils ne subissent un réel refroidissement et ayant une section quasiment équivalente à celle du faisceau de tubes parallèles (11).
- Module échangeur de chaleur tel que décrit dans la revendication 1, dont la caractéristique réside dans le fait qu'il comprend en outre des moyens (2 ; 20 ; 20') de sélection du parcours des gaz d'échappement, permettant ainsi à ces moyens de sélection de laisser les gaz circuler par les conduits (11) destinés au débit avec échange calorifique ou bien par le conduit de by-pass (12) sans qu'il y ait de réel refroidissement.
- Module échangeur de chaleur tel que décrit dans la revendication 2, dont la caractéristique réside dans le fait que lesdits moyens (2 ; 20 ; 20') de sélection du parcours des gaz d'échappement comprennent un détecteur de température desdits gaz.
- Module échangeur de chaleur tel que décrit aux revendications 2 ou 3, dont la caractéristique réside dans le fait que lesdits moyens (2 ; 20 ; 20') de sélection de parcours des gaz d'échappement sont au moins intégrés en partie dans le module échangeur de chaleur.
- Module échangeur de chaleur tel que décrit aux revendications 2 à 4, dont la caractéristique réside dans le fait que lesdits moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement sont munis d'une vanne à trois voies (2).
- Module échangeur de chaleur tel que décrit à la revendication 5, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite vanne à trois voies (2) est située à l'entrée de l'échangeur (1).
- Module échangeur de chaleur tel que décrit à la revendication 5, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite vanne à trois voies (2) est située en sortie de l'échangeur (1).
- Module échangeur tel que décrit aux revendications 2 à 4, dont la caractéristique réside dans le fait que lesdits moyens de sélection du parcours des gaz d'échappement comprennent une soupape (20,20') à deux positions, associée au conduit de by-pass (12), qui ouvre ou ferme ledit conduit lors du passage des gaz d'échappement.
- Module échangeur tel que décrit à la revendication 8, dont la caractéristique réside dans le fait que la soupape (20,20') est montée en sortie dudit by-pass (12).
- Module échangeur tel que décrit à la revendication 8, dont la caractéristique réside dans le fait que la soupape (20, 20') est montée à l'entrée dudit by-pass (12).
- Module échangeur tel que décrit aux revendications 8 à 10, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite soupape (20) dispose d'un mode d'entraînement linéaire.
- Module échangeur tel que décrit à la revendication 11, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite soupape (20) est choisie entre une soupape à siège plan, une soupape à pointeau, un robinet-vanne ou une soupape à piston.
- Module échangeur tel que décrit aux revendications 8 à 10, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite soupape (20') dispose d'un mode d'entraînement rotatif.
- Module échangeur tel que décrit à la revendication 13, dont la caractéristique réside dans le fait que ladite soupape (20') est choisie entre une vanne papillon, un clapet à bille ou une soupape rotative.
- Module échangeur tel que décrit aux revendications 8 à 14, dont la caractéristique réside dans le fait que la commande de ladite soupape (20,20') est thermostatique.
- Module échangeur de chaleur tel que décrit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont la caractéristique réside dans le fait que ledit tube (12) est positionné sur l'axe longitudinal de l'échangeur (1).
- Échangeur de chaleur (1), spécialement conçu pour un système de recyclage des gaz d'échappement, qui comprend des moyens nécessaires au débit des gaz d'échappement, comportant parmi lesdits moyens, certains conduits (11) destinés au débit des gaz avec échange calorifique avec un fluide de refroidissement, présentant la configuration générale d'un échangeur (1) avec un faisceau de tubes parallèles (11) pour permettre le passage des gaz d'échappement, et par le fait qu'un by-pass se compose d'un tube unique (12), dont la caractéristique réside dans le fait que les circuits servant au débit des gaz d'échappement comprennent en outre au moins un by-pass (12), monté dans l'échangeur (1), adapté à la circulation des gaz d'échappement sans que ceux-ci subissent un réel refroidissement et ayant une section quasiment équivalente à celle du faisceau de tubes parallèles (11).
- Échangeur de chaleur (1) tel que décrit à la revendication 17, dont la caractéristique réside dans le fait qu'il comprenne en outre des moyens (2 ; 20 ; 20') de sélection du parcours des gaz d'échappement, permettant ainsi à ces circuits de distribution de laisser les gaz circuler dans les conduits (11) destinés à leur débit avec échange de chaleur ou bien par le conduit de by-pass (12) sans qu'il y ait de réel refroidissement.
- Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que le tube (12) est positionné sur l'axe longitudinal de l'échangeur (1).
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