EP1934458B1 - Refroidisseur de gaz recircules - Google Patents

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EP1934458B1
EP1934458B1 EP06831259A EP06831259A EP1934458B1 EP 1934458 B1 EP1934458 B1 EP 1934458B1 EP 06831259 A EP06831259 A EP 06831259A EP 06831259 A EP06831259 A EP 06831259A EP 1934458 B1 EP1934458 B1 EP 1934458B1
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cooler
ducts
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duct
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Gilles Hamadani
Franck Levy
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Renault SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—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
    • F28D7/06—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 having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/71—Multi-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/50—Arrangements or methods for preventing or reducing deposits, corrosion or wear caused by impurities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the present invention relates to recirculated gas coolers, referred to as EGR gas or EGR gas (for exhaust gas recirculation).
  • the document JP20043400099 relates to an EGR system of an internal combustion engine comprising two groups of separate cylinders.
  • This EGR system has the particularity of being able to reverse the flow of exhaust gas flowing in the duct, and consequently in the coolers, by modifying the pressures of the exhaust gases between the first and the second group of cylinders.
  • a major disadvantage is that it is necessary to have two groups of separate cylinders in which the exhaust gas pressures can be modified.
  • the invention aims to solve the problem of fouling EGR coolers.
  • the invention proposes for this purpose a recirculated gas cooler defining an inlet duct and a recirculated gas outlet duct and having a heat exchanger configured in U with an inlet duct and an outlet duct.
  • the cooler comprises a pair of recirculated gas diversion bypass ducts and a slide valve distributor between a first position allowing the recirculated gas flow to pass through the exchanger in one direction, and a second position allowing the flow to flow through. recirculated gas to cross the exchanger in the opposite direction.
  • the cooler 1 of recirculated gas comprises a heat exchanger 2 configured in a U, that is to say it comprises inlet ducts e2 and outlet s2 which open substantially on the same side.
  • the cooler 1 defines an inlet duct e1 and an outlet duct s1 of recirculated gas.
  • the cooler 1 comprises an additional pair of crossed conduits for bypassing the recirculated gases and a distributor.
  • the distributor is in communication with the inlet ducts E1 output e2 of the cooler, the crossed bypass ducts, and the inlet ducts e2 and outlet s2 of the exchanger 2.
  • the distributor is movable between two positions: the first position allows the flow of recirculated gas through the exchanger 2 in one direction (said normal direction), and the second position allows the flow of recirculated gas through the exchanger 2 in the opposite direction.
  • the distributor is a slidable distributor 5 sliding between a first position allowing the flow of recirculated gas to pass through the exchanger 2 in one direction (said normal direction), and a second position allowing the flow of recirculated gas to pass through the exchanger 2 in the opposite direction.
  • the drawer 5 can be moved by any actuator known to those skilled in the art.
  • the slide 5 slides in an enclosure 4. It has two pairs of communication ports (5a, 5d, 5b, 5c) ( figure 5 ).
  • the orifices (5a, 5d, 5b, 5c) of each pair are each capable of being in communication with one of the two ducts (e2, s2) of the heat exchanger (2).
  • the orifices (e2, s2) of the heat exchanger 2 may be elongated to allow this communication.
  • the orifices 5a and 5d which are offset in height can communicate according to the position of the drawer 5 with the outlet duct s2 of the exchanger 2, and the orifices 5b and 5c which are also offset in height can communicate according to the position of the drawer 5 with the inlet duct e2 of the exchanger 2.
  • the inlet ducts e1 and outlet ducts s1 of the cooler and the two crossed ducts of bypass (de1, ds1) are arranged so as to be able to communicate with an orifice (5a, 5d, 5b, 5c) of the drawer 5.
  • the crossed ducts of branches (de1, ds1) are upstream of the drawer 5.
  • these crossed ducts downstream of the drawer on the input ducts e2 and output s2 of the exchanger 2, and adapt the inlet ducts e1 and outlet s1 of the chiller 1 to give them an elongated shape of the type of the ducts of the exchanger 2.
  • the crossed bypass ducts serve to guide the flow of EGR gas in the opposite direction, they are connected to the inlet ducts e1 and outlet s1 of the cooler 1; the bypass duct de1 is connected to the inlet duct e1 and returns the EGR gas side of the outlet duct s1; the ds1 bypass duct is connected to the outlet duct s1 and returns the EGR gas from the side of the inlet duct e1.
  • the crossed paths (de1, ds1) of branches are deactivated. Only the ducts e1 and s1 are activated: the inlet duct e1 of the cooler 1 communicates with the orifice 5b of the spool 5 and the flow of gas goes into the inlet duct e2 of the exchanger 2.
  • the duct outlet s1 of the cooler 1 communicates with the orifice 5d of the spool 5, and the flow of EGR gas arrives from the outlet duct s2 of the exchanger 2 and goes to the outlet duct s1 of the cooler 1.
  • the inlet bypass duct de1 of the cooler 1 communicates with the opening 5a of the drawer 5.
  • the outlet bypass duct ds1 of the cooler 1 communicates with the 5c orifice of the drawer 5.
  • the flow of EGR gas arrives via the inlet duct e1 of the cooler 1, passes through the inlet bypass duct de1, through the orifice 5a, through the inlet duct e2 of the exchanger 2 and then through the outlet duct s2, then passes through the opening 5c of the spool 5, passes through the outlet bypass duct ds1 and spring of the cooler 1 by the outlet duct s1.
  • the cooler 1 according to the invention may also comprise a bypass 6 of the exchanger 2.
  • This bypass 6 is disposed, in this first embodiment, upstream of the spool valve 5. It allows to connect the ducts input 1 e1 and outlet s1 of the cooler 1.
  • the bypass 6 defines for this purpose a connecting conduit which comprises a valve or a shutter.
  • An advantage of the present invention is that it is possible, during a chilling phase of the cooler, to reverse the flow of EGR gas in order to completely clean the exchanger. Another advantage is that one can standardize the natural fouling of the exchanger, alternating the flow of EGR gas in the exchanger.

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Description

  • La présente invention concerne les refroidisseurs de gaz recirculés, appelés gaz RGE, ou encore gaz EGR (pour exhaust gas recirculation).
  • Pour améliorer la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, on a recours à la recirculation de gaz d'échappement dans l'admission, que l'on appelle d'une manière générale circuit EGR. De plus, l'emploi de refroidisseurs spécifiques pour ces gaz permet d'augmenter encore cette dépollution.
  • Cependant, un problème majeur est que le recirculation des gaz d'échappement entraîne un encrassement important des composants qui se trouvent dans ce circuit EGR. C'est pourquoi on peut procéder à des séances de nettoyage / décrassage en ouvrant complètement la vanne EGR (la vanne EGR régule le débit de gaz EGR qui repart à l'admission) quand le moteur est sur une zone de fonctionnement déterminée. Ce procédé, décrit dans la demande FR2833653 , permet d'éliminer thermiquement les dépôts s'accumulant dans le circuit EGR.
  • Ce problème d'encrassement n'est pourtant pas totalement résolu pour ce qui est du refroidisseur EGR. Le refroidisseur est constamment en fonctionnement, c'est-à-dire qu'il y a toujours un débit d'eau qui traverse l'échangeur. Ce qui se passe alors est que le refroidisseur est parfaitement décrassé à l'entrée lorsque l'on procède à une phase de décrassage, mais les gaz EGR qui sont constamment refroidis ne sont pas assez chaud pour décrasser complètement le refroidisseur EGR, surtout dans la deuxième moitié de l'échangeur eau/gaz EGR.
  • Le document JP20043400099 concerne un système EGR de moteur à combustion interne comportant deux groupes de cylindres distincts. Ce système EGR présente la particularité de pouvoir inverser le flux de gaz d'échappement circulant dans le conduit, et par conséquent dans les refroidisseurs, en modifiant les pressions des gaz d'échappement entre le premier et le deuxième groupe de cylindres. Un inconvénient majeur est qu'il est nécessaire de disposer de deux groupes de cylindres distincts dans lesquels on peut modifier les pressions des gaz à l'échappement.
  • L'invention vise à résoudre le problème d'encrassement des refroidisseurs EGR.
  • L'invention propose dans ce but un refroidisseur de gaz recirculés définissant un conduit d'entrée et un conduit de sortie de gaz recirculés et comportant un échangeur thermique configuré en U avec un conduit d'entrée et un conduit de sortie. Selon l'invention, le refroidisseur comporte une paire de conduits croisés de dérivation des gaz recirculés et un distributeur à tiroir coulissant entre une première position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur dans un sens, et une deuxième position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur dans le sens inverse.
  • La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple et nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 représentent un mode de réalisation.
  • Le refroidisseur 1 de gaz recirculés comporte un échangeur thermique 2 configuré en U, c'est-à-dire qu'il comporte des conduits d'entrée e2 et de sortie s2 qui débouchent sensiblement d'un même côté.
  • Le refroidisseur 1 définit un conduit d'entrée e1 et un conduit de sortie s1 de gaz recirculés. Selon l'invention, le refroidisseur 1 comporte une paire supplémentaire de conduits croisés de dérivation des gaz recirculés et un distributeur. Le distributeur est en communication avec les conduits d'entrée e1 de sortie e2 du refroidisseur, les conduits croisés de dérivation, et les conduits d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur 2. Le distributeur est mobile entre deux positions : la première position permet au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur 2 dans un sens (dit sens normal), et la deuxième position permet au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur 2 dans le sens inverse.
  • Selon un mode de réalisation représenté aux figures 1 à 7, le distributeur est un distributeur à tiroir 5 coulissant entre une première position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur 2 dans un sens (dit sens normal), et une deuxième position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur 2 dans le sens inverse. Le tiroir 5 peut être déplacé par tout actionneur connu de l'homme du métier.
  • Le tiroir 5 coulisse dans une enceinte 4. II comporte deux paires d'orifices (5a,5d ; 5b,5c) de communication (figure 5). Les orifices (5a,5d ; 5b,5c) de chaque paire sont chacun susceptibles d'être en communication avec un des deux conduits (e2,s2) de l'échangeur thermique (2). En référence à la figure 3, les orifices (e2,s2) de l'échangeur thermique 2 peuvent être de forme allongée pour permettre cette communication. Ainsi, les orifices 5a et 5d qui sont décalés en hauteur peuvent communiquer selon la position du tiroir 5 avec le conduit de sortie s2 de l'échangeur 2, et les orifices 5b et 5c qui sont également décalés en hauteur peuvent communiquer selon la position du tiroir 5 avec le conduit d'entrée e2 de l'échangeur 2.
  • De l'autre côté du tiroir 5, les conduits d'entrée e1 et de sortie s1 du refroidisseur et les deux conduits croisés de dérivation (de1,ds1) sont agencés de manière à pouvoir communiquer avec un orifice (5a,5d ; 5b,5c) du tiroir 5.
  • Dans ce mode de réalisation, les conduits croisés de dérivations (de1,ds1) se trouvent en amont du tiroir 5. Cependant, on peut disposer de la même façon ces conduits croisés en aval du tiroir, sur les conduits d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur 2, et adapter les conduits d'entrée e1 et de sortie s1 du refroidisseur 1 pour leur donner une forme allongée du type de celle des conduits de l'échangeur 2.
  • Les conduits croisés de dérivation (de1,ds1) servent à guider le flux de gaz EGR dans le sens inverse, ils sont reliés aux conduits d'entrée e1 et de sortie s1 du refroidisseur 1 ; le conduit de dérivation de1 est relié au conduit d'entrée e1 et renvoi les gaz EGR du côté du conduit de sortie s1 ; le conduit de dérivation ds1 est relié au conduit de sortie s1 et renvoi les gaz EGR du côté du conduit d'entrée e1.
  • Dans la première position du tiroir 5, représentée à la figure 7, les conduits croisés (de1,ds1) de dérivations sont désactivés. Seuls les conduits e1 et s1 sont activés : le conduit d'entrée e1 du refroidisseur 1 communique avec le l'orifice 5b du tiroir 5 et le flux de gaz part dans le conduit d'entré e2 de l'échangeur 2. Le conduit de sortie s1 du refroidisseur 1 communique avec l'orifice 5d du tiroir 5, et le flux de gaz EGR arrive du conduit de sortie s2 de l'échangeur 2 et part vers le conduit de sortie s1 du refroidisseur 1.
  • Dans la deuxième position, représentée à la figure 6, seuls les conduits croisés (de1,ds1) de dérivations sont activés : le conduit de dérivation d'entrée de1 du refroidisseur 1 communique avec le l'orifice 5a du tiroir 5. Le conduit de dérivation de sortie ds1 du refroidisseur 1 communique avec l'orifice 5c du tiroir 5. Le flux de gaz EGR arrive par le conduit d'entrée e1 du refroidisseur 1, passe par le conduit de dérivation d'entrée de1, traverse l'orifice 5a, passe par le conduit d'entrée e2 de l'échangeur 2 puis par le conduit de sortie s2, traverse ensuite l'orifice 5c du tiroir 5, passe par le conduit de dérivation de sortie ds1 et ressort du refroidisseur 1 par le conduit de sortie s1.
  • Le refroidisseur 1 selon l'invention peut également comporter un by-pass 6 de l'échangeur 2. Ce by-pass 6 est disposé, dans ce premier mode de réalisation, en amont du distributeur à tiroir 5. Il permet de relier les conduits d'entrée e1 et de sortie s1 du refroidisseur 1. Le by-pass 6 définit à cet effet un conduit de liaison qui comporte une vanne ou un volet obturateur.
  • Un avantage de la présente invention est que l'on peut, lors d'une phase de décrassage du refroidisseur, inverser le flux de gaz EGR afin de décrasser complètement l'échangeur. Un autre avantage est que l'on peut uniformiser l'encrassement naturel de l'échangeur, en alternant la circulation des gaz EGR dans l'échangeur.

Claims (5)

  1. Refroidisseur (1) de gaz recirculés définissant un conduit d'entrée (e1) et un conduit de sortie (s1) de gaz recirculés et comportant un échangeur thermique (2) configuré en U avec un conduit d'entrée (e2) et un conduit de sortie (s2), caractérisé en ce qu'il comporte une paire de conduits croisés de dérivation des gaz recirculés et un distributeur à tiroir (5) coulissant entre une première position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur (2) dans un sens, et une deuxième position permettant au flux de gaz recirculés de traverser l'échangeur (2) dans le sens inverse.
  2. Refroidisseur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir (5) coulissant du distributeur comporte deux paires d'orifices (5a,5d ; 5b,5c) de communication, les orifices de chaque paire étant chacun susceptible d'être en communication avec un des deux orifices (e2,s2) de l'échangeur thermique (2).
  3. Refroidisseur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits d'entrée (e1) et de sortie (s1) des gaz recirculés et les deux conduits croisés de dérivation (de1, ds1) sont agencés de manière à pouvoir communiquer chacun avec un orifice (5a,5d ; 5b,5c) du tiroir (5).
  4. Refroidisseur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits croisés de dérivation (de1, ds1) sont reliés aux conduits d'entrée (e1) et de sortie (s1) du refroidisseur (1).
  5. Refroidisseur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un by-pass (6) de l'échangeur (2) disposé en amont du distributeur.
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