FR2863655A1 - Internal combustion engine`s exhaust gas cooler for motor vehicle, has cooling liquid pipe connected to inlet opening of water pump of engine and crossing exhaust gas pipe - Google Patents

Internal combustion engine`s exhaust gas cooler for motor vehicle, has cooling liquid pipe connected to inlet opening of water pump of engine and crossing exhaust gas pipe Download PDF

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Abstract

The cooler has a heat exchanger (12) with an inlet opening (9a) and an outlet opening (9b) for an exhaust gas connected by an exhaust gas pipe (9). A cooling liquid pipe (7) is connected to an inlet opening of a water pump of an engine and crosses the exhaust gas pipe. The heat exchanger has an annular shaped section with a lower part communicating with the cooling liquid pipe.

Description

REFROIDISSEUR DE GAZ D'ECHAPPEMENTEXHAUST GAS COOLER

La présente invention concerne les refroidisseurs de gaz d'échappement, et en particulier les refroidisseurs de gaz d'échappement prévus pour les moteurs à combustion interne en V de véhicule automobile. Ces refroidisseurs permettent d'abaisser la température des gaz d'échappement destinés à recirculer dans les gaz d'admission.  The present invention relates to exhaust gas coolers, and in particular to the exhaust gas coolers provided for internal combustion engines V of a motor vehicle. These coolers make it possible to lower the temperature of the exhaust gases intended to recirculate in the inlet gases.

Il est connu d'utiliser des refroidisseurs de gaz d'échappement sur les moteurs à combustion interne.  It is known to use exhaust gas coolers on internal combustion engines.

De tels dispositifs sont cependant encombrants, et leur implantation sur les moteurs n'est pas toujours aisée compte tenu des autres éléments, tels que les éléments d'admission, les répartiteurs d'air, le boîtier de coupure, la vanne des gaz d'échappement, le circuit de refroidissement moteur.  Such devices are however bulky, and their location on the motors is not always easy considering the other elements, such as the intake elements, the air distributors, the breaking box, the gas valve of exhaust, the engine cooling system.

Sur les moteurs en V, on cherche à implanter ces éléments dans le centre du V, ce qui a conduit à intégrer le refroidisseur de gaz d'échappement dans le collecteur d'admission. Un tel arrangement est décrit par exemple dans le document US-6513507. Pour assurer le refroidissement des gaz d'échappement, on réalise un piquage du liquide de refroidissement sur le circuit de refroidissement du moteur. Cette configuration ne permet pas d'obtenir une bonne efficacité au niveau de l'échange thermique.  On V-engines, it is sought to implant these elements in the center of the V, which led to integrate the exhaust gas cooler into the intake manifold. Such an arrangement is described for example in US-6513507. To ensure the cooling of the exhaust gas, the coolant is tapped on the engine cooling circuit. This configuration does not allow to obtain a good efficiency in terms of heat exchange.

L'invention vise à pallier les inconvénients de l'état de la technique.  The invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art.

Dans ce but, elle propose un refroidisseur de gaz d'échappement de moteur à combustion interne, comportant un échangeur thermique avec d'une part des orifices d'entrée et de sortie des gaz d'échappement reliés par au moins un conduit des gaz d'échappement, un conduit de liquide de refroidissement qui est relié à l'orifice d'arrivée de la pompe à eau du moteur et qui traverse le conduit de gaz d'échappement.  For this purpose, it proposes an internal combustion engine exhaust gas cooler comprising a heat exchanger with, on the one hand, inlet and outlet orifices for the exhaust gases connected by at least one exhaust gas duct. exhaust, a coolant pipe which is connected to the inlet port of the engine water pump and which passes through the exhaust pipe.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'échangeur thermique peut avoir une section de forme annulaire, dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre intérieur du conduit de liquide de refroidissement; - le refroidisseur peut être placé dans le creux du V du moteur, a proximité de la pompe à eau.  According to other features of the invention: the heat exchanger may have a ring-shaped section whose internal diameter is at least equal to the internal diameter of the coolant pipe; the cooler can be placed in the hollow of the V of the engine, close to the water pump.

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: - La figure 1 est un schéma d'un moteur en V côté distribution.  The present invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description of an embodiment taken by way of example and in no way limiting, and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of a V-motor on the distribution side.

- La figure 2 est un schéma en coupe de l'extrémité du moteur en V. - La figure 3 est un schéma du refroidisseur de gaz 20 d'échappement en position vanne fermée.  FIG. 2 is a sectional diagram of the end of the V-motor. FIG. 3 is a diagram of the exhaust gas cooler in the closed valve position.

- La figure 4 est un schéma du refroidisseur de gaz d'échappement en position vanne ouverte.  - Figure 4 is a diagram of the exhaust gas cooler in open valve position.

- La figure 5 est un schéma du refroidisseur de gaz d'échappement selon une variante de l'invention.  - Figure 5 is a diagram of the exhaust gas cooler according to a variant of the invention.

En se référant aux figures 1 et 2, le refroidisseur de gaz d'échappement 4 proposé par l'invention se situe dans le creux du V d'un moteur à combustion interne en V, entre le carter cylindre 1 et les deux culasses 2, à proximité du carter de distribution 3. L'implantation du refroidisseur 4 selon l'invention est particulièrement approprié aux moteurs en V, car le fait de le raccorder à la pompe à eau 5 lui permet d'être placé dans le creux du V du moteur. Ceci évite de le placer en dehors du moteur et de générer ainsi des vibrations supplémentaires au véhicule dues au fait que le refroidisseur 4 serait éloigné des axes d'inerties du moteur. De plus, la fiabilité vibratoire de 2863655 3 l'échangeur 4 est améliorée car ses niveaux de vibrations sont minimisés.  Referring to FIGS. 1 and 2, the exhaust gas cooler 4 proposed by the invention is located in the hollow of the V of a V-shaped internal combustion engine, between the cylinder block 1 and the two cylinder heads 2, 3. The implantation of the cooler 4 according to the invention is particularly suitable for V-engines, because the fact of connecting it to the water pump 5 allows it to be placed in the hollow of the V of the engine. This avoids placing it outside the engine and thus generating additional vibrations to the vehicle due to the fact that the cooler 4 would be away from the axes of inertia of the engine. In addition, the vibratory reliability of the exchanger 4 is improved because its vibration levels are minimized.

En référence aussi à la figure 3, le refroidisseur de gaz d'échappement 4 comporte un conduit 7 de liquide de refroidissement avec un orifice d'entrée 7a et de sortie 7b de liquide de refroidissement, dont l'orifice de sortie 7b se connecte sur l'orifice d'arrivée de la pompe à eau 5. La pompe à eau 5 est fixée sur le côté extérieur du carter de distribution 3. L'orifice d'arrivée de la pompe à eau 5 traverse le carter de distribution 3 et débouche dans le centre du V du moteur.  Referring also to Figure 3, the exhaust gas cooler 4 has a coolant pipe 7 with an inlet port 7a and a coolant outlet 7b, the outlet port 7b of which connects with the inlet port of the water pump 5. The water pump 5 is fixed on the outside of the distribution case 3. The inlet orifice of the water pump 5 passes through the distribution case 3 and opens in the center of the engine V.

Le refroidisseur 4 de gaz d'échappement comporte un conduit de gaz d'échappement 9 avec un orifice d'entrée 9a et de sortie 9b. Le conduit 7 de liquide de refroidissement traverse le conduit 9 de gaz d'échappement.  The exhaust gas cooler 4 has an exhaust gas duct 9 with an inlet port 9a and an outlet port 9b. The coolant pipe 7 passes through the exhaust gas duct 9.

Le refroidisseur 4 comporte un échangeur thermique 12. L'échangeur thermique 12 est intégré dans le conduit 9 de gaz d'échappement, entre la paroi intérieure du conduit 9 de gaz d'échappement et le conduit 7 de liquide de refroidissement. Il a une section annulaire dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre du conduit 7 de liquide de refroidissement. La partie intérieure de l'échangeur 12 communique avec le conduit 7 de liquide de refroidissement, de sorte que le liquide de refroidissement puisse pénétrer à l'intérieur de cet échangeur 12.  The cooler 4 comprises a heat exchanger 12. The heat exchanger 12 is integrated in the exhaust gas duct 9, between the inner wall of the exhaust gas duct 9 and the cooling liquid duct 7. It has an annular section whose inner diameter is at least equal to the diameter of the conduit 7 of coolant. The inner part of the exchanger 12 communicates with the coolant pipe 7, so that the coolant can penetrate inside this exchanger 12.

L'échangeur thermique 12 comporte des canalisations 10 qui le traversent sur sa longueur. Les canalisations 10 sont par conséquent disposées autour du conduit 7 de liquide de refroidissement. L'échangeur thermique 12 obture le conduit de gaz d'échappement 9, de sorte que les gaz d'échappement qui arrivent dans le conduit de gaz d'échappement 9 sont obligés de circuler à l'intérieur des canalisations 10.  The heat exchanger 12 comprises ducts 10 which pass through it along its length. The pipes 10 are therefore arranged around the coolant pipe 7. The heat exchanger 12 closes the exhaust gas duct 9, so that the exhaust gases that arrive in the exhaust gas duct 9 are forced to circulate inside the ducts 10.

Les canalisations 10 se situent autour du conduit 7 de liquide de refroidissement, ce qui a pour effet que les pertes de charges sont négligeables et que le refroidisseur 2863655 4 12 n'entre pas en compte dans le dimensionnement de la pompe à eau 5.  The pipes 10 are located around the coolant pipe 7, which has the effect that the pressure drops are negligible and that the cooler 2863655 4 12 does not take into account in the design of the water pump 5.

Le nombre important de canalisations 10 permet d'obtenir une grande surface d'échange entre les gaz 5 d'échappement et le liquide de refroidissement.  The large number of pipes 10 makes it possible to obtain a large exchange surface between the exhaust gases and the coolant.

Le refroidisseur 4 comporte aussi un circuit de by-pass, c'est-à-dire un conduit 8 de by-pass qui relie directement les orifices d'entrée 8a et de sortie 8b des gaz d'échappement. Le conduit 8 de by-pass est un tube rectiligne qui définit deux ouvertures communiquant avec les orifices d'entrée 9a et de sortie 9b du conduit de gaz d'échappement 9. Le conduit 8 de by-pass est en parallèle du conduit 9 et des canalisations 10 des gaz d'échappement.  The cooler 4 also comprises a bypass circuit, that is to say a bypass duct 8 which directly connects the inlet ports 8a and exhaust outlet 8b 8b. The bypass duct 8 is a rectilinear tube which defines two openings communicating with the inlet and outlet openings 9a and 9b of the exhaust gas duct 9. The bypass duct 8 is in parallel with the duct 9 and exhaust gas lines.

Le conduit 8 de by-pass comporte une vanne d'obturation 6, commandant l'ouverture et la fermeture du conduit 8 de by-pass. La vanne d'obturation 6 est située entre les deux ouvertures du conduit 8 de by-pass communiquant avec les orifices d'entrée 9a et de sortie 9b du conduit de gaz d'échappement 9.  The bypass duct 8 comprises a shut-off valve 6, controlling the opening and closing of the bypass duct 8. The shut-off valve 6 is situated between the two openings of the bypass duct 8 communicating with the inlet and outlet orifices 9a and 9b of the exhaust gas duct 9.

La commande d'ouverture et de fermeture de la vanne d'obturation 6 peut être de type tout-ou-rien, ou de type progressif afin d'obtenir la température de gaz souhaitée.  The opening and closing control of the shut-off valve 6 may be of the all-or-nothing type, or of the progressive type in order to obtain the desired gas temperature.

En référence aussi à la figure 4, en position vanne 6 ouverte, les gaz d'échappement empruntent la voie naturelle du chemin le moins difficile, c'est-à-dire celui qui présente le moins de pertes de charge. Comme les orifices d'entrée 8a et de sortie 8b sont reliés directement par le conduit 8 de by-pass, c'est-à-dire sans obstacles, les gaz d'échappement circulent dans ce conduit 8 de by-pass sans être refroidis.  Also referring to FIG. 4, in the open valve position 6, the exhaust gases take the natural route of the least difficult path, that is to say the one with the least pressure drop. Since the inlet and outlet openings 8a and 8b are connected directly via the bypass duct 8, that is to say without obstacles, the exhaust gases circulate in this bypass duct 8 without being cooled. .

En position vanne 6 fermée, en référence à la figure 3, les gaz d'échappement sont obligés de circuler par le conduit 9 de gaz d'échappement et donc par les canalisations 10. Un échange de chaleur se produit entre le liquide de refroidissement et les gaz d'échappement, et les 2863655 5 gaz d'échappement ressortent avec une température inférieure.  In closed valve position 6, with reference to FIG. 3, the exhaust gases are forced to circulate through the exhaust gas duct 9 and thus through the pipes 10. Heat exchange occurs between the cooling liquid and the exhaust gases, and the exhaust gases, come out with a lower temperature.

Selon une variante de l'invention, en référence à la figure 5, l'échangeur thermique 12 peut contenir des déflecteurs 11 dans le but d'orienter une partie du flux de liquide de refroidissement vers les canalisations 10 d'échange de chaleur. Ces déflecteurs 11 peuvent être en une ou plusieurs pièces. Ils sont fixés sur l'échangeur thermique 12.  According to a variant of the invention, with reference to FIG. 5, the heat exchanger 12 may contain deflectors 11 for the purpose of directing a part of the coolant flow towards the heat exchange pipes 10. These baffles 11 may be in one or more rooms. They are fixed on the heat exchanger 12.

Un des avantages de la présente invention est que l'on a une efficacité meilleure au niveau des échanges thermique. Les gaz d'échappement destinés à recirculer sont donc mieux refroidis.  One of the advantages of the present invention is that it has a better efficiency in terms of heat exchange. The exhaust gases for recirculation are therefore better cooled.

Un autre avantage est que le débit du conduit de liquide de refroidissement n'est pas perturbé. Le refroidisseur ne rajoute pas de pertes de charge dans le circuit de refroidissement du moteur. Ainsi le dimensionnement de la pompe à eau ne change pas.  Another advantage is that the flow rate of the coolant pipe is not disturbed. The cooler does not add any pressure drop in the engine cooling system. So the design of the water pump does not change.

Un autre avantage est que l'invention présente un encombrement particulièrement approprié aux moteurs en V, car elle peut être placée dans le creux du V en correspondance avec l'orifice d'arrivé de la pompe à eau.  Another advantage is that the invention has a space particularly suitable for V engines, because it can be placed in the V hollow in correspondence with the arrival port of the water pump.

Un autre avantage est que les circuits de circulation de fluides sont simplifiés, car les conduits sont plus courts, et que par conséquent la fiabilité vibratoire des pièces est améliorée.  Another advantage is that the fluid circulation circuits are simplified because the ducts are shorter, and therefore the vibratory reliability of the parts is improved.

Claims (10)

Revendicationsclaims 1) Refroidisseur de gaz d'échappement de moteur à combustion interne, comportant un échangeur thermique (12) avec d'une part des orifices d'entrée (9a) et de sortie (9b) des gaz d'échappement reliés par au moins un conduit (9) des gaz d'échappement, caractérisé en ce que le refroidisseur (4) de gaz d'échappement comporte un conduit (7) de liquide de refroidissement qui est relié à l'orifice d'arrivée de la pompe à eau (5) du moteur et qui traverse le conduit (9) de gaz d'échappement.  1) Internal combustion engine exhaust gas cooler, comprising a heat exchanger (12) with on the one hand inlet (9a) and outlet (9b) outlets of the exhaust gases connected by at least one conduit (9) of the exhaust gas, characterized in that the exhaust gas cooler (4) has a coolant pipe (7) which is connected to the inlet port of the water pump ( 5) of the engine and which passes through the duct (9) of exhaust gas. 2) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique {12) a une section de forme annulaire.  2) Exhaust gas cooler according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (12) has a ring-shaped section. 3) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie intérieure de l'échangeur thermique (12) communique avec le conduit 7 de liquide de refroidissement.  3) Exhaust gas cooler according to claim 2, characterized in that the inner part of the heat exchanger (12) communicates with the conduit 7 of coolant. 4) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de l'échangeur thermique (12) est au moins égal au diamètre intérieur du conduit (7) de liquide de refroidissement.  4) Exhaust gas cooler according to claim 2 or 3, characterized in that the inner diameter of the heat exchanger (12) is at least equal to the inner diameter of the conduit (7) of coolant. 5) Refroidisseur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidisseur comporte un conduit (8) de by-pass en parallèle des conduits (9,10) de gaz d'échappement.  5) Exhaust gas cooler according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooler comprises a conduit (8) of bypass in parallel exhaust gas conduits (9,10). 2863655 7  2863655 7 6) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit (8) de by-pass comporte une vanne d'obturation (6).6) Exhaust gas cooler according to claim 5, characterized in that the conduit (8) by-pass comprises a shutter valve (6). 7) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les orifices d'entrée (8a) et de sortie (8b) des gaz d'échappement sont reliés directement par le conduit (8) de by-pass.  7) Exhaust gas cooler according to claim 6, characterized in that the inlet ports (8a) and outlet (8b) of the exhaust gas are connected directly by the conduit (8) bypass. 8) Refroidisseur de gaz d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne d'obturation (6) est placée entre les orifices (9a,9b) du conduit (9) de gaz d'échappement avec le conduit (8) de by-pass.  8) Exhaust gas cooler according to claim 7, characterized in that the shut-off valve (6) is placed between the orifices (9a, 9b) of the exhaust duct (9) with the duct (8). ) by-pass. 9) Refroidisseur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (12) comporte des déflecteurs (11) qui orientent une partie du flux de liquide de refroidissement vers les canalisations (10).  9) Exhaust gas cooler according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (12) comprises baffles (11) which direct a portion of the coolant flow to the pipes (10) . 10)Refroidisseur de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidisseur est placé dans le creux du V d'un moteur à combustion interne en V, à proximité de la pompe à eau.  10) Exhaust gas cooler according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooler is placed in the hollow of the V of a V internal combustion engine, near the water pump.
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