FR2801342A1 - Cooling device for exhaust of e.g. direct injection diesel engine has two paths each of same axial length with different heat exchange properties and valve directing flow from one path to other path - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif de refroidissement réglable gaz d'échappement du moteur d'un véhicule automobile, à deux niveaux re froidissement, intercalé sur le trajet des gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du véhicule. The invention relates to an adjustable cooling device for the engine of a motor vehicle, at two levels cooling, interposed in the path of the exhaust gas in a vehicle exhaust line.
Les lignes d'échappement des véhicules automobiles peuvent com porter des dispositifs de traitement des gaz tels que des systèmes de dé pollution dans lesquels on élimine certains polluants tels que les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement provenant du moteur du véhicule. Motor vehicle exhaust systems may include gas treatment devices such as pollution control systems in which certain pollutants such as nitrogen oxides (NOx) contained in the engine exhaust are removed. of the vehicle.
Le traitement des gaz d'échappement pour éliminer les polluants con siste à faire passer les gaz d'échappement, dans un dispositif de traitement, au contact d'un élément actif composé d'un mélange de différents métaux choisis pour leur aptitude à catalyser des réactions de transformation des polluants ou à adsorber les polluants. L'élément actif est déposé sous la forme d'une couche d'imprégnation sur un support céramique poreux fixé à l'intérieur d'une enveloppe en tôle métallique du dispositif de dépollution. Le support céramique poreux est lui-même recouvert d'une couche à base d'alumi poreuse appelée "wash-coat" destinée à augmenter considéra blement I surface de contact entre les gaz et les éléments actifs qui sont déposés le wash-coat. L'élément actif du système de dépollution et le wash-coat peuvent résister au-delà d'une certaine température gaz d'échappement et subissent, lorsqu'ils sont en contact avec gaz d'échappement à une température excessive, des détériorations irréversi bles; de sorte qu'ils ne sont plus en mesure d'assurer leur fonction dé pollution. The exhaust gas treatment for removing pollutants involves passing the exhaust gas through a treatment device into contact with an active element composed of a mixture of different metals selected for their ability to catalyze pollutant transformation reactions or to adsorb pollutants. The active element is deposited in the form of an impregnating layer on a porous ceramic support fixed inside a sheet metal casing of the depollution device. The porous ceramic support is itself covered with a porous alumina-based layer called "wash-coat" intended to considerably increase the area of contact between the gases and the active elements which are deposited in the wash-coat. The active element of the pollution control system and the wash-coat can withstand a certain exhaust temperature and, when in contact with the exhaust gas at an excessive temperature, undergo irreversible damage. ; so that they are no longer able to perform their pollution function.
Par exemple, dans le cas des systèmes de dépollution desti " à élimi les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement des moteurs à - sence ' injection directe, ces systèmes de dépollution étant généralement appelés ' ïèges à NOx", la température limite que peuvent supporter les éléments piège à NOx en contact avec les gaz d'échappement est de l'ordre de 850 C à l'heure actuelle. Les à la sortie d'un moteur à essence à injection directe attei gnent une température de 950 à 1000 C, dans les phases de ine charge du moteur. For example, in the case of pollution control systems designed to eliminate oxides of nitrogen in the exhaust gases of direct injection engines, these pollution control systems being generally referred to as "NOx scavengers", the limiting temperature that the NOx trap elements in contact with the exhaust gases can support is of the order of 850 C at present. The output of a direct injection gasoline engine reaches a temperature of 950 to 1000 C, in the phases of ine load of the engine.
Dans cas, pour maintenir la température des gaz à tempéra ture au plus " le à 850 C, pour un moteur à essence à injecti directe de deux litres de cylindrée, il faut évacuer une puissance de l'ordre de 15 k1N. II est donc nécessaire de concevoir une ligne d'échappement comportant un dispositif de refroidissement qui permette d'évacuer cette énergie avant que les gaz d'échappement ne pénètrent dans le piège à NOx. In order to maintain the temperature of the gases at a maximum temperature of 850 ° C, for a gasoline engine with a direct injection of two liters of displacement, it is necessary to evacuate a power of the order of 15 kN. It is necessary to design an exhaust system with a cooling device that allows this energy to be exhausted before the exhaust gases enter the NOx trap.
En outre, toujours dans le cas d'un piège à NOx, l'efficacité maximale quant à l'élimination des polluants est obtenue dans une plage de tempéra tures comprise entre 300 et 500 environ, du fait des réactions chimiques mises en ceuvre. II est donc nécessaire de maintenir les gaz arrivant dans le piège à le plus possible dans cette plage de températures. In addition, still in the case of a NOx trap, the maximum efficiency in the removal of pollutants is obtained in a temperature range of between 300 and 500 approximately, because of the chemical reactions implemented. It is therefore necessary to keep the gases entering the trap as much as possible in this temperature range.
Cette exigence doit être respectée en particulier dans conditions de fonctionnement du cycle réglementaire de dépollution. le cycle ré glementai dépollution, les gaz évoluent, de manière classique, dans une plage températures allant de 350 C à 700 C environ. This requirement must be respected in particular in operating conditions of the regulatory clean-up cycle. In the regulatory regulation cycle, the gases typically evolve in a temperature range of about 350 ° C. to 700 ° C.
Pour rester dans la plage d'efficacité du piège à NOx, dans le cas du cycle réglementaire de dépollution, pour un moteur tel que défini plus haut, on ne doit évacuer que des puissances thermiques de l'ordre de 2 kW. To remain within the efficiency range of the NOx trap, in the case of the regulatory clean-up cycle, for an engine as defined above, it is only necessary to discharge thermal powers of the order of 2 kW.
En conséquence, dans le cas du fonctionnement à pleine charge du moteur, il nécessaire d'évacuer au moins 15 kW de puissance thermique alors que, dans les conditions de fonctionnement du cycle réglementaire de dépolluti on ne doit pas évacuer plus de 2 kW. Consequently, in the case of full load operation of the engine, it is necessary to evacuate at least 15 kW of thermal power while, under the operating conditions of the regulatory clean-up cycle, no more than 2 kW must be evacuated.
De manière générale, dans le cas de nombreux systèmes de dépollu tion, il est nécessaire, pour des considérations de tenue à température des éléments système de dépollution, d'éviter que celui-ci reçoive des gaz d'échappement à trop haute température. In general, in the case of many depollution systems, it is necessary, for reasons of temperature resistance of the pollution control system elements, to prevent it from receiving exhaust gases at too high a temperature.
II est " lement nécessaire, pour dépolluer efficacement les gaz d'échappement, que les gaz d'échappement qui traversent le système de dépollution aient une température située dans un intervalle bien déterminé. Ces deux conditions, qui définissent la position des éléments de pollution sur la ligne d'échappement, sont souvent incompatibles. It is necessary, in order to effectively clean up the exhaust gases, that the exhaust gases passing through the pollution control system have a temperature within a well-defined interval, both of which define the position of the pollution elements on the exhaust gas. the exhaust line, are often incompatible.
II est alors nécessaire, pour remplir les deux conditions relatives à I température des gaz d'échappement dans le système de dépollution, conditions pouvant être incompatibles, de prévoir un dispositif de refroi is- sement des gaz d'échappement qui puisse fonctionner de manière sél ive dans une première et dans une seconde conditions de refroidissement. It is then necessary, in order to fulfill the two conditions relating to the temperature of the exhaust gases in the pollution control system, conditions which may be incompatible, to provide an exhaust gas cooling device which can operate in a selective manner. ive in a first and second cooling conditions.
On a proposé; pour résoudre ce problème, un dispositif de refroidis sement qui comporte un premier et un second tubes de passage des gaz d'échappement dont la paroi externe est en contact avec de l'air de refroidis sement, par exemple de l'air atmosphérique, pendant le fonctionnement du moteur du véhicule. L'un des tubes de grande longueur permet d'évacuer maximum d'énergie alors que le second tube de longueur très réduite permet d'évacuer qu'une quantité très faible d'énergie thermique. Une vanne pilotée permet de faire passer les gaz d'échappement soit dans un tube soit dans l'autre, en fonction de conditions de fonctionnement du moteur ou ligne d'échappement. En réalisant une adaptation des longueurs des deux tubes suivant les conditions de fonctionnement recherchées, on paroi régler la température des gaz d'échappement avant leur entrée dans I système de dépollution, dans toutes les conditions de fonctionnement moteur. It has been proposed; to solve this problem, a cooling device which comprises a first and a second exhaust gas passage tubes whose outer wall is in contact with cooling air, for example atmospheric air, during the operation of the vehicle engine. One of the tubes of great length allows to evacuate maximum energy while the second tube of very reduced length allows to evacuate a very small amount of thermal energy. A pilot valve allows the exhaust gases to pass either in one tube or the other, depending on the operating conditions of the engine or exhaust line. By adapting the lengths of the two tubes according to the desired operating conditions, the temperature of the exhaust gases is adjusted before entering the pollution control system, under all engine operating conditions.
Toutefois cette solution peut nécessiter l'utilisation de tubes de très grande longueur qui ne peuvent pas être facilement logés dans le véhicul que ce soit dans le bloc moteur ou dans le sous-plancher. However, this solution may require the use of very long tubes that can not be easily accommodated in the vehicle either in the engine block or in the subfloor.
Le but l'invention est donc de proposer un dispositif de refroidis sement de gaz 'échappement du moteur d'un véhicule automobile, intercalé sur le trajet gaz d'échappement dans une ligne d'échappement du véhi cule, comportant une première voie de circulation des gaz d'échappement constituée par au moins un premier conduit en contact par sa paroi externe avec de l'air de refroidissement, une seconde voie de circulation des gaz constituée par au moins un second conduit ayant une paroi externe en con tact avec l'air de refroidissement et des moyens d'aiguillage des gaz d'échappement vers la première ou la seconde voie de circulation, comman- dés en fonction d'un paramètre thermique de fonctionnement de la ligne d'échappement du moteur, ce dispositif de refroidissement réglable pouvant être facilement implanté dans la ligne d'échappement, par exemple dans sous-plancher ou dans le compartiment moteur du véhicule automobile. The object of the invention is therefore to propose a device for cooling gas exhaust from the engine of a motor vehicle, interposed on the exhaust gas path in a vehicle exhaust line, comprising a first lane of circulation. exhaust gas constituted by at least a first conduit in contact with its external wall with cooling air, a second gas flow path constituted by at least a second conduit having an outer wall in contact with the cooling air and means for diverting exhaust gases to the first or second circulation lanes, controlled according to a thermal parameter of operation of the engine exhaust line, this adjustable cooling device can be easily implanted in the exhaust line, for example in the subfloor or in the engine compartment of the motor vehicle.
Dans ce but, les conduits constituant la première et la seconde voies circulation ont des longueurs sensiblement égales dans la direction axiale la ligne d'échappement et des parois latérales d'échange thermique avec I ir de refroidissement ayant des caractéristiques d'échange thermique sen siblement différentes. For this purpose, the ducts constituting the first and the second circulation ducts have substantially equal lengths in the axial direction of the exhaust line and side walls of heat exchange with cooling I ir having heat exchange characteristics sen sibly different.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exem- pl , en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d' dispositif de refroidissement réglable suivant l'invention. In order to understand the invention, an embodiment of an adjustable cooling device according to the invention will be described by way of example with reference to the appended figures.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une partie d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile comportant un dispositi de refroidissement réglable suivant l'invention. Figure 1 is a schematic perspective view of a portion of an exhaust line of a motor vehicle having an adjustable cooling device according to the invention.
Les figures 2A et 2B sont des vues en perspective du disposi i de refroidissement suivant l'invention dans une phase de fonctionnement à forte perte énergétique et dans une phase de fonctionnement à faible perte éner gétique, respectivement. FIGS. 2A and 2B are perspective views of the cooling device according to the invention in a phase of operation with a high energy loss and in a phase of operation with low energy loss, respectively.
Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile sur laquelle est intercalé un dispositif de refroidis sement suivant l'invention, désigné de manière générale par le repère 1. FIG. 1 shows part of an exhaust line of a motor vehicle on which is inserted a cooling device according to the invention generally designated by the reference numeral 1.
La ligne d'échappement désignée de manière générale par le repère comporte une partie amont 2' reliée aux tubulures 3 de sortie des gaz d'échappement d'un moteur 4 (représenté de manière conventionnelle sous I forme d'un parallélépipède en traits mixtes). La partie amont 2' de la ligne d'échappement comporte en particulier une première unité de dépollution 5 qui est constituée par un catalyseur ayant une fonction trois voies, c'est-à- dire permettant d'éliminer dans les gaz d'échappement du monoxyde de carbone CO, des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote, le cataly seur étant disposé à l'intérieur d'une enveloppe métallique raccordée à des conduites du premier tronçon 2' de la ligne d'échappement. La partie amont de la ligne d'échappement comporte également un découpleur 6 qui permet 'éviter la transmission de vibrations du moteur 4 à la partie de la ligne 'échappement située en aval du découpleur. The exhaust line generally designated by the reference comprises an upstream portion 2 'connected to the outlet pipes 3 of the exhaust gas of a motor 4 (shown conventionally in the form of a parallelepiped in phantom) . The upstream part 2 'of the exhaust line comprises in particular a first depollution unit 5 which is constituted by a catalyst having a three-way function, that is to say making it possible to eliminate in the exhaust gas carbon monoxide CO, unburnt hydrocarbons and oxides of nitrogen, the catalyst being disposed inside a metal casing connected to pipes of the first section 2 'of the exhaust line. The upstream part of the exhaust line also comprises a decoupler 6 which makes it possible to avoid the transmission of vibrations from the engine 4 to the part of the exhaust line situated downstream of the decoupler.
La ligne d'échappement comporte une partie aval 2" sur laquelle intercalé un dispositif de dépollution 7 réalisé sous la forme d'un pi' à c'est-à-dire un dispositif de dépollution permettant d'éliminer les des 'azote dans les gaz d'échappement. The exhaust line comprises a downstream portion 2 "on which is inserted a depollution device 7 made in the form of a pi ', that is to say a depollution device for eliminating the' nitrogen in the exhaust gas.
Le dispositif de refroidissement réglable 1 suivant l'invention comporte collecteur d'entrée 8, un collecteur de sortie 9, et deux tubes 10 et 11 de irculation de gaz sensiblement rectilignes disposés de manière parallèle 'un par rapport à l'autre et reliés, à l'une de leurs extrémités, au collecteur 'entrée 8 et, à leur seconde extrémité, au collecteur de sortie 9. The adjustable cooling device 1 according to the invention comprises an inlet manifold 8, an outlet manifold 9, and two substantially straight gas circulation tubes 10 and 11 arranged parallel to one another and connected, at one of their ends, at the inlet manifold 8 and, at their second end, at the outlet manifold 9.
Le collecteur d'entrée 8 comporte un conduit d'entrée relié à la partie amont 2' de la ligne d'échappement en aval du découpleur 6 et deux bran ches comportant des ouvertures de sortie suivant lesquelles sont fixés les tubes 10 et 11. The inlet manifold 8 comprises an inlet duct connected to the upstream part 2 'of the exhaust line downstream of the decoupler 6 and two branches having outlet openings in which the tubes 10 and 11 are fixed.
Le collecteur de sortie 9 comporte un conduit de sortie relié à la le aval 2" de la ligne d'échappement en amont du piège à NOx 7 et deux bran ches d'entrée comportant des ouvertures suivant lesquelles sont fixées I secondes extrémités des tubes 10 et 11. The outlet manifold 9 comprises an outlet duct connected to the downstream 2 "of the exhaust line upstream of the NOx trap 7 and two inlet ports having apertures in which are fixed I second ends of the tubes 10 and 11.
De ce fait, le dispositif de refroidissement 1 des gaz d'échappement intercalé entre la partie amont 2' de la ligne d'échappement et la ie <B>1</B>2" et placé immédiatement en amont du piège à NOx 7. Les tubes 1 11 assurant le passage des gaz d'échappement entre la partie amont 2' et I ïe aval 2" de la ligne d'échappement sont refroidis dans leur surface terne par l'air atmosphérique, de sorte que les gaz d'échappement subissent certain refroidissement en traversant les tubes 10 et 11 dans la direction iale correspondant à la direction longitudinale de la ligne d'échappement. Les tubes 10 et 11 présentent des longueurs, dans la direction axiale, qui sont sensiblement égales, ces longueurs devant permettre de loger I tubes 10 et 11 sans difficulté sur la ligne d'échappement, par exemple l'intérieur d'un sous-plancher du véhicule automobile. As a result, the cooling device 1 of the exhaust gases interposed between the upstream part 2 'of the exhaust line and the e 1 <B> 1 </ B> 2 "and placed immediately upstream of the NOx trap 7 The tubes 1 11 ensuring the passage of the exhaust gas between the upstream portion 2 'and the downstream 2 "of the exhaust line are cooled in their dull surface by atmospheric air, so that the gases of Exhaust undergoes some cooling through the tubes 10 and 11 in the direction iale corresponding to the longitudinal direction of the exhaust line. The tubes 10 and 11 have lengths, in the axial direction, which are substantially equal, these lengths to allow to accommodate the tubes 10 and 11 without difficulty on the exhaust line, for example the interior of a subfloor of the motor vehicle.
Les tubes 10 et 11 sont cependant différents l'un de l'autre, tout d'abord en ce qui concerne leur diamètre interne d'écoulement des gaz, le diamètre interne du tube 11 étant sensiblement inférieur au diamètre inté rieur tube 10 (voir figures 2A et 2B). The tubes 10 and 11, however, are different from each other, firstly with regard to their internal diameter of the gas flow, the inner diameter of the tube 11 being substantially smaller than the inside diameter of the tube 10 (see FIG. Figures 2A and 2B).
outre, les parois des tubes 10 et 11 présentent caractéristi ques d'échange thermique avec l'air de refroidissement extremement diffé rentes. Le tube 10, qui peut être réalisé par exemple en acier aluminié, as sure un très bon échange thermique entre l'air de refroidissement et les gaz d'échappement; de sorte que les gaz d'échappement peuvent etre fortement refroi is, avec un prélèvement d'énergie thermique important, pendant leur traversée du tube 10 dans la direction axiale. En revanche, le tube 11 com porte paroi assurant un faible échange thermique entre l'ai de refroidis sement et les gaz d'échappement. Pour cela, la paroi du tube est réalisée de manière à assurer une certaine isolation thermique des rapport à l'air refroidissement en contact avec la surface externe tube 11. Le tube 1 peut être constitué par exemple sous la forme d'un tube à lame d'air, c'est-à-dire d'un tube dont la paroi délimite une lame d'air d'isol ion entre un élément de paroi interne et un élément de paroi externe. in addition, the walls of the tubes 10 and 11 have characteristics of heat exchange with the cooling air extremely different. The tube 10, which may be made for example of aluminized steel, has a very good heat exchange between the cooling air and the exhaust gas; so that the exhaust gases can be strongly cooled, with a large amount of heat energy, during their passage through the tube 10 in the axial direction. On the other hand, the tube 11 comprises a wall ensuring a low heat exchange between the cooling element and the exhaust gases. For this, the wall of the tube is made so as to provide a certain thermal insulation of the ratio to the cooling air in contact with the outer tube surface 11. The tube 1 may be constituted for example in the form of a tube with a blade air, that is to say a tube whose wall defines an air gap insulation between an inner wall member and an outer wall member.
Les caractéristiques d'isolation thermique de la paroi du tube 11 peu vent également être obtenues en isolant la paroi externe du tube 11 de l'air ambiant, par une couche de fibres d'isolation, de préférence des fibres en une matière réfractaire. The thermal insulation characteristics of the wall of the tube 11 can also be obtained by isolating the outer wall of the tube 11 of the ambient air, by a layer of insulation fibers, preferably fibers made of a refractory material.
dispositif de refroidissement 1 comporte une vanne 12 de ferme ture de 'extrémité aval du conduit 10 reliée à l'une des branches d'entrée du collecteur de sortie 9. La vanne 12 est associée à un moteur 13 d'actionne- ment qui permet de placer la soupape de la vanne 12 soit dans une position d'ouverture, soit dans une position de fermeture de l'extrémité conduit 10. The cooling device 1 comprises a valve 12 for closing the downstream end of the duct 10 connected to one of the inlet legs of the outlet manifold 9. The valve 12 is associated with an actuating motor 13 which enables placing the valve of the valve 12 in an open position or in a closed position of the conduit end 10.
moteur 13 de commande de la vanne 12, qui peut etre un moteur électri ou un moteur pneumatique, suivant les possibili d'alimentation du moteur 13 à partir d'une source électrique ou à partir 'une chambre en dépressi et d'une pompe à vide, est commandé par une unité de com mande électronique 14 en fonction d'une mesure de température effectuée par une sonde de température 15' ou 15" qui peut être placée par exemple dans la partie amont 2' de la ligne d'échappement en aval du découpleur 6 ou sur les tubulures d'échappement 3 du moteur. En fonction de l'indication de température de la sonde, l'unité commande commande le moteur 13 dans le sens de l'ouverture ou de I fermeture la vanne 12. the control motor 13 of the valve 12, which may be an electric motor or a pneumatic motor, depending on the possibility of supplying the motor 13 from an electrical source or from a depressed chamber and a vacuum pump. vacuum, is controlled by an electronic control unit 14 as a function of a temperature measurement performed by a temperature sensor 15 'or 15 "which can be placed for example in the upstream part 2' of the exhaust line in 6 of the decoupler 6 or on the engine exhaust pipes 3. Depending on the temperature indication of the probe, the control unit controls the motor 13 in the direction of opening or closing the valve 12.
Le fonctionnement du dispositif de refroidissement 1 suivant l'inven tion sera décrit en regard des figures 2A et 2B, sur lesquelles on a repré sente; de la même manière que sur la figure 1, les éléments du dispos[ refroidissement et la circulation des gaz d'échappement dans le dispos[ refroidissement, par des flèches. The operation of the cooling device 1 according to the invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B, on which there is shown; in the same way as in FIG. 1, the elements of the cooling device and the circulation of the exhaust gases in the cooling device, by arrows.
Dans le cas où la température mesurée par la sonde 15' ou 15" est supérieure à une valeur de consigne, par exemple dans le cas d'un fonc tionnement du moteur à haut régime avec une sortie des gaz d'échappe ment à très haute température, le moteur 13 d'actionnement de la vanne est commandé par l'unité de commande 14, dans le sens de l'ouverture la vanne, c'est-à-dire, comme représenté sur la figure 2A, de telle manière que la soupape de la vanne solidaire de la tige de vanne reliée au moteur soit éloigné l'ouverture de sortie du conduit 10 à l'intérieur du collecteur Du fai la différence de la section interne de passage des gaz tubes 10 et 1. gaz d'échappement pénétrant dans le collecteur d'entrée 8 sont répartis entre les tubes 10 et 11 par le collecteur 8. de telle manière que le tube 1 forte perte énergétique soit parcouru par un flux principal 16 de gaz d'échappement et le tube 11 par un flux résiduel 16'. Le flux principal 16 présente débit important alors que le flux 16' présente un débit très faible, le débit du flux 16 n'étant ainsi que très peu inférieur au débit total gaz d'échappement. De ce fait, les gaz d'échappement traversant le disposi tif de refroidissement 1, principalement par l'intermédiaire du tube<B>10</B> à forte perte énergétique sont fortement refroidis. Ce mode de fonctionnement présenté sur la figure 2A est maintenu tant que la température des gaz reste au-dessus 'une limite qui peut être par exemple de 850 C; dans le cas d' dispositif refroidissement disposé en amont d'un piège à NOx comme représenté sur la figure 1. In the case where the temperature measured by the probe 15 'or 15 "is greater than a set value, for example in the case of operation of the engine at high speed with an exhaust gas outlet at very high temperature, the actuating motor 13 of the valve is controlled by the control unit 14, in the direction of opening the valve, that is to say, as shown in FIG. 2A, so that the valve of the valve secured to the valve stem connected to the engine is remote the outlet opening of the conduit 10 inside the manifold Due to the difference of the internal passage section of the tubes 10 and 1 gas. exhaust entering the inlet manifold 8 are distributed between the tubes 10 and 11 by the manifold 8. such that the tube 1 high energy loss is traversed by a main stream 16 of the exhaust gas and the tube 11 by a residual flow 16 'The main flow 16 presents high flow rate while the flow 16 'has a very low flow rate, the flow rate of the stream 16 thus being only very slightly less than the total exhaust gas flow rate. As a result, the exhaust gas passing through the cooling device 1, mainly via the high energy loss tube, is strongly cooled. This mode of operation shown in FIG. 2A is maintained as long as the temperature of the gases remains above a limit which may be, for example, 850 C; in the case of a cooling device arranged upstream of a NOx trap as shown in FIG. 1.
Dans cas où la température mesurée par la sonde de température 15' ou 15" inférieure à la valeur de consigne, l'unité de commande 14 transmet au moteur 13 de commande de la vanne 12 un ordre de fermeture de la sortie du conduit 10 à forte perte énergétique. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 2B, les gaz d'échappement pénétrant dans le col lecteur d'entrée 8 pénètrent et circulent dans leur ensemble à l'intérieur tube 11, sous la forme d'un flux 17 correspondant au débit total des d'échappement. La circulation des gaz d'échappement à l'intérieur du tube 11 est réalisée avec une faible perte énergétique; c'est-à-dire un faible - froidissement gaz, du fait que les échanges thermiques à travers la pa roi isolée du tube 11 sont réduits. In the case where the temperature measured by the temperature probe 15 'or 15 "is lower than the set value, the control unit 14 transmits to the control motor 13 of the valve 12 an order to close the exit of the conduit 10 to In this case, as shown in FIG. 2B, the exhaust gases entering the inlet reader neck 8 penetrate and circulate in their entirety inside the tube 11, in the form of a flow. corresponding to the total flow of the exhaust The circulation of the exhaust gases inside the tube 11 is performed with a low energy loss, that is to say a low-cooling gas, because the heat exchange through the insulated wall of the tube 11 are reduced.
Dans le d'un dispositif de refroidissement 1 utilisé en amont d'un piège à NOx, peut ainsi régler la température des gaz d'échappement dans une plage de températures assurant un fonctionnement satisfaisant piège à NOx, cette plage de températures pouvant être comprise par exem ple entre 300 et 500 C. In a cooling device 1 used upstream of a NOx trap, can thus adjust the temperature of the exhaust gas in a temperature range ensuring a satisfactory operation NOx trap, this range of temperatures can be understood by example between 300 and 500 C.
Le dispositif de refroidissement suivant l'invention peut donc être tionné de manière automatique pour assurer soit un refroidissement intense des gaz d'échappement avec une évacuation de puissance thermique im portante, soit un faible refroidissement avec une évacuation d'une puissance thermique faible. On peut ainsi, en particulier dans le cas d'un piège à NOx, protéger de manière efficace le piège à NOx contre toute dégradation ther mique par des gaz d'échappement ayant une température excessive et faire fonctionner le piège à NOx dans de très bonnes conditions de rendement, quel que soit le régime de fonctionnement du moteur. The cooling device according to the invention can therefore be automatically introduced to ensure either an intense cooling of the exhaust gases with a significant thermal power evacuation, or a low cooling with an evacuation of a low thermal power. It is thus possible, particularly in the case of a NOx trap, to effectively protect the NOx trap against any thermal degradation by exhaust gases having an excessive temperature and to operate the NOx trap in very good conditions. performance conditions, regardless of the operating speed of the engine.
En particulier, le dispositif de refroidissement suivant l'invention met d'éviter l' ilisation d'un surenrichissement en carburant qui est néces saire dans le de moteurs Diesel à injection directe comportant des lignes d'échappement classiques, ce surenrichissement étant nécessaire pour - surer la protection du piège à NOx. On obtient donc un gain en consomma tion important dans le cas de l'utilisation du dispositif suivant l'invention. Cet avantage est particulièrement important, du fait que les constructeurs d'au tomobiles recherchent, dans le cas des moteurs Diesel à injection directe, un gain de consommation par rapport à la consommation des moteurs de type classique. outre, le dispositif suivant l'invention apporte avantages sui vants - ce qui concerne le traitement des gaz dans I ligne d'échappe ment; le dispositif permet de rester dans la plage d'effi ité du système de dépollution en amont duquel il est placé et de protéger I composants du système dépollution contre des dégradations d'origine thermique - ce qui concerne l'implantation du dispositif, celui-ci est compact et peut être facilement implanté dans un sous-plancher du icule automo bile ; en effet, le dispositif comporte uniquement deux voies circulation qui sont généralement constituées par de simples tubes rectilignes qui ont des longueurs identiques et compatibles avec une implantation du dispositif de refroidissement sous le plancher du véhicule automobile ; - en ce qui concerne la facilité et la fiabilité de réalisation du dispositif, on utilise des technologies habituelles dans le cas de la fabrication en série de composants pour une ligne d'échappement : le tube à forte perte énergé tique peut être constitué sous la forme d'un tube classique d'un dispositif d'échappement et le tube à faible perte énergétique par réalisation d'une isolation thermique de la paroi d'un tube classique ou par un tube à lame d'air bien connu ; les collecteurs d'entrée et de sortie du dispositif de refroi dissement peuvent être réalisés suivant une technologie classique, à partir de i-coquilles. In particular, the cooling device according to the invention makes it possible to prevent the over-enrichment of fuel which is necessary in the case of direct injection diesel engines comprising conventional exhaust lines, this over-enrichment being necessary for to protect the protection of the NOx trap. A significant gain in consumption is thus obtained in the case of using the device according to the invention. This advantage is particularly important, since the manufacturers of tomobiles seek, in the case of direct injection diesel engines, a consumption gain compared to the consumption of conventional type engines. Furthermore, the device according to the invention provides the following advantages - concerning the treatment of gases in the exhaust line; the device makes it possible to remain in the effi city range of the pollution control system upstream of which it is placed and to protect the components of the pollution control system against thermal degradations - which concerns the implantation of the device, the latter is compact and can be easily implanted in a subfloor of the automo bile icule; indeed, the device comprises only two lanes which are generally constituted by simple rectilinear tubes which have identical lengths and compatible with an implementation of the cooling device under the floor of the motor vehicle; with regard to the ease and reliability of the device, the usual technologies are used in the case of the mass production of components for an exhaust line: the tube with high energy loss can be formed in the form of a conventional tube of an exhaust device and the low energy loss tube by performing thermal insulation of the wall of a conventional tube or by a well known air knife tube; the inlet and outlet collectors of the cooling device can be made using conventional technology, from i-shells.
différents éléments du dispositif de refroidissement suivant l'in- venti à savoir les tubes et les collecteurs peuvent être réalisés en tout matériau pouvant être facilement formés et assemblés et présentant une bonne tenue à la corrosion à haute température par les gaz d'échappement et l'air de refroidissement. De tels matériaux peuvent être par exemple de l'acier aluminié, de l'acier inoxydable ou un alliage de nickel renfermant du chrome. various elements of the cooling device according to the invention namely the tubes and the collectors can be made of any material that can easily be formed and assembled and having a good resistance to corrosion at high temperature by the exhaust gases and cooling air. Such materials may be for example aluminized steel, stainless steel or a nickel alloy containing chromium.
L'invention ne se limite pas strictement au mode de réalisation qui a été décrit. The invention is not limited strictly to the embodiment which has been described.
C'est ainsi que la première voie de circulation des gaz à forte perte énergétique peut être obtenue à partir d'un simple tube dont la paroi pré sente une faible inertie thermique et d'une forte capacité d'échange de cha- leur, mais encore sous la forme de deux ou plus de deux tubes de même longueur disposés en parallèle; ce qui permet d'augmenter la surface 'échange entre la paroi extérieure de la première voie de circulation et l'air refroidissement. Thus, the first way of circulation of gas with high energy loss can be obtained from a simple tube whose wall has a low thermal inertia and a high heat exchange capacity, but still in the form of two or more tubes of the same length arranged in parallel; this makes it possible to increase the surface exchange between the outer wall of the first circulation lane and the cooling air.
La seconde voie de circulation des gaz d'échappement du dispositif refroidissement peut être réalisée sous d'autres formes que celles qui ont décrites, de telle manière que la paroi d'échange entre les d'échap pement et l'air de refroidissement présente certaines propriétés 'isolation thermique. The second flow path of the exhaust gases of the cooling device can be carried out in other forms than those which have been described, in such a way that the exchange wall between the exhaust pipes and the cooling air has certain properties' thermal insulation.
De même, les collecteurs d'entrée et de sortie du dispositi refroi dissement peuvent présenter des formes différentes de celles i été décrites et représentées. Likewise, the inlet and outlet collectors of the cooling device may have different shapes from those described and shown.
Le dispositif d'aiguillage des gaz dans une voie de circulati dans I autre, en fonction d'un paramètre thermique tel que la température des gaz 'échappement en amont du dispositif de refroidissement, peut présenter une forme différente de celle qui a été décrite. Dans le cas de l'utilisation 'une vanne commandée par un moteur électrique ou un disposi if pneuma- ïque ou hydraulique, le clapet de la vanne peut être prévu pour fermer une partie d'extrémité quelconque d'entrée ou de sortie d'une voie de circulation. Le dispositif d'aiguillage peut également être constitué par un plusieurs registres disposés dans le collecteur d'entrée ou dans le collecteur de sortie et permettant de diriger le gaz d'échappement vers l'une ou l'autre des voies circulation. The device for routing the gases in a circulati duct in another, as a function of a thermal parameter such as the temperature of the exhaust gas upstream of the cooling device, may have a shape different from that which has been described. In the case of the use of a valve controlled by an electric motor or a pneumatic or hydraulic device, the valve flap may be provided to close any end portion of an inlet or outlet of a valve. traffic way. The switching device may also be constituted by a plurality of registers disposed in the inlet manifold or in the outlet manifold and for directing the exhaust gas to one or the other of the circulation channels.
II peut être également utile d'adjoindre au moins un soufflet à l'un au ins des deux tubes 10 et 11 comme compensateur de dilatation différen tielle entre les deux tubes de technologies différentes. It may also be useful to add at least one bellows to one of the two tubes 10 and 11 as a differential expansion compensator between the two tubes of different technologies.
De préférence, le dispositif de refroidissement suivant l'invention est disposé immédiatement en amont d'un dispositif de traitement des gaz 'échappement tel qu'un système de dépollution. Preferably, the cooling device according to the invention is disposed immediately upstream of an exhaust gas treatment device such as a pollution control system.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas au refroidissement des gaz amont d'un piège à NOx mais peut être utilisé en amont de tout dispositif dépollution dont il peut être nécessaire de protéger les composants con- les chocs thermiques ou contre une haute température ou de régler les conditions de fonctionnement, dans une plage de températures précise des gaz d'échappement. Of course, the invention is not limited to the cooling of the upstream gases of a NOx trap but can be used upstream of any pollution control device whose components may need to be protected against thermal shock or against a high temperature. or to adjust the operating conditions, within a precise exhaust gas temperature range.
L'invention applique à tout type de véhicule automobile comportant un dispositif de itement des gaz d'échappement tel qu'un système de dé pollution.The invention applies to any type of motor vehicle comprising an exhaust gas iteration device such as a pollution system.
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