FR2891590A1 - Dispositif de repartition des gaz recircules, refroidisseur de gaz recircules et procede de recirculation de gaz d'echappement. - Google Patents

Dispositif de repartition des gaz recircules, refroidisseur de gaz recircules et procede de recirculation de gaz d'echappement. Download PDF

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Abstract

Dispositif (1) de répartition de gaz recirculés vers un refroidisseur du circuit EGR comportant un l'échangeur thermique, le dispositif comportant une entrée (e1) et une sortie (s1) de gaz recirculés, un orifice d'entrée (e2) et un orifice de sortie (s2) vers le refroidisseur, et des moyens pour inverser le flux de gaz recirculés circulant dans l'échangeur thermique du refroidisseur. L'invention concerne également un refroidisseur de gaz recirculés (EGR) équipés de moyens pour inverser le flux de gaz recirculés à l'intérieur de son échangeur thermique.L'invention concerne également un procédé de recirculation de gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de nettoyage du circuit EGR déclenchée par une unité électronique, et l'étape de nettoyage comportant une étape d'inversion du flux de gaz EGR traversant un échangeur thermique d'un refroidisseur EGR.

Description

DISPOSITIF DE REPARTITION DES GAZ RECIRCULES, REFROIDISSEUR DE GAZ
RECIRCULES ET PROCEDE DE RECIRCULATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT.
La présente invention concerne les dispositifs de recirculation de gaz d'échappement, appelé gaz recirculés, gaz RGE, ou encore gaz EGR (pour exhaust gas recirculation), et plus particulièrement les dispositifs de gaz EGR qui comporte un refroidisseur de gaz EGR.
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.
L'invention vise à résoudre le problème d'encrassement des refroidisseurs EGR.
2891590 2 L'invention propose dans ce but un dispositif de répartition de gaz EGR, le dispositif comportant une entrée de gaz EGR et une sortie de gaz EGR, un orifice d'entrée et un orifice de sortie vers un composant, tel un refroidisseur EGR, et des moyens pour inverser le flux de gaz EGR dans ce composant.
L'invention propose également un refroidisseur de gaz recirculés qui comporte des moyens pour inverser le flux de gaz recirculés circulant dans l'échangeur thermique.
L'invention propose également un procédé de recirculation de gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de nettoyage du circuit EGR déclenchée par une unité électronique, l'étape de nettoyage comportant une étape d'inversion du flux de gaz EGR traversant un refroidisseur EGR.
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 du dispositif de répartition selon l'invention, la figure 2 et un schéma d'un refroidisseur EGR en U, les figures 3 et 4 sont des schémas du refroidisseur EGR avec des moyens pour inverser le flux de gaz recirculés. Les figures 5 et 6 sont des variantes de réalisation du refroidisseur EGR La figure 1 représente le dispositif 1 de répartition de gaz recirculés vers un composant (non représenté) du circuit EGR selon l'invention.
Le dispositif 1 comporte une entrée el et une sortie s1 de gaz recirculés, un orifice d'entrée e2 et un orifice de sortie s2 vers le composant, et des moyens pour inverser le flux de gaz recirculés circulant dans le composant.
Les moyens pour inverser le flux de gaz recirculés peuvent comporter une vanne mobile en rotation. La vanne peut se représenter sous la forme d'un volet 3 pivotant sur lui-même à l'intérieur d'un cylindre formé dans le dispositif 1. Le volet pivotant 3 divise ainsi le cylindre en deux volumes distincts. L'entrée el des gaz recirculés débouche dans le cylindre et se trouve en face de la sortie s1 des gaz recirculés. L'orifice e2 d'entrée des gaz recirculés dans le composant est définie sur le cylindre entre l'entrée el et la sortie s1, et il se trouve en face de la sortie s2. La position du volet 3 définit la circulation du flux de gaz recirculés.
La vanne est mobile en rotation entre deux positions.
La première position est représentée à la figure 1 a. Dans cette position, le volet est incliné à +45 (pris dans le sens trigonométrique par rapport à un axe vertical fictif) ; on a d'une part l'entrée el des gaz recirculés et l'orifice d'entrée e2 vers le composant qui sont en communication; et on a d'autre part l'orifice de sortie s2 vers le composant et la sortie s1 de gaz recirculés qui sont en communication.
La deuxième position est représentée à la figure 1 b. Dans cette position, le volet est incliné à -45 ; on a d'une part l'entrée e1 des gaz recirculés et l'orifice s2 de sortie vers le composant qui sont en communication; et on a d'autre part l'orifice e2 d'entrée vers le composant et la sortie s1 de gaz recirculés qui sont en communication.
En référence à la figure 1c, la vanne mobile en rotation peut également posséder une position intermédiaire permettant de bypasser le composant, conférant ainsi une fonction supplémentaire de bypass qui est directement intégrée au dispositif. Le volet est à 0 , on a alors le flux de gaz recirculés qui arrive de l'entrée e1 et qui se dirige directement vers la sortie s1, sans passer par les orifices e2 et s2.
On peut également prévoir que la vanne soit du type vanne proportionnelle. En référence à la figure 1d, on peut ainsi définir des positions intermédiaires (entre 0 et -45 , et de la même façon entre 0 et +45 ), par exemple pour faire du refroidissement partiel de gaz recirculés lorsque le composant est un refroidisseur EGR.
L'invention concerne également un refroidisseur de gaz EGR qui comporte des moyens pour inverser le flux de gaz EGR circulant dans l'échangeur thermique du refroidisseur.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le refroidisseur est configuré en U. En référence à la figure 2, le refroidisseur 2 comporte un échangeur thermique 4. L'échangeur thermique 4 correspond à une enceinte fermée qui est traversée d'une pluralité de tubes 5 à l'intérieur desquels circulent les gaz recirculés. Les tubes 5 séparent les gaz recirculés du fluide de refroidissement qui s'écoule dans l'échangeur entre un orifice d'entrée 11 et un orifice de sortie 12 définis sur l'enceinte fermée. Dans ce mode de réalisation, pour réaliser la forme en U, on dispose une cloison de séparation 8 au niveau du volume 7 sur une surface d'extrémité de l'échangeur 4. Cette cloison 8 définit alors une chambre d'entrée 9 de gaz recirculés et une chambre de sortie 10 de gaz recirculés sensiblement égales. A l'autre surface d'extrémité de l'échangeur 4, on dispose un couvercle 6 de renvoi des gaz. L'entrée et la sortie des gaz d'échappement de l'échangeur 4 se trouvent sur un même plan, la séparation étant réalisée par la cloison 8.
Les moyens pour inverser le flux de gaz recirculés comportent une vanne du type décrit précédemment, c'est-à-dire, en référence à la figure 4, qui est constituée d'un volet 17 qui pivote autour de lui-même à l'intérieur d'un cylindre 18. Les axes du volet 17 et du cylindre 18 sont coaxiaux.
En référence à la figure 3, la vanne comporte également un disque 13 (ou plaque 13) recouvrant l'entrée et la sortie du refroidisseur 2. Le disque 13 ferme le volume 7 du refroidisseur 2. Ce disque définit au moins deux ouvertures e2 et s2, l'une e2 communiquant avec la chambre 9 d'entrée des gaz et l'autre s2 communiquant avec la chambre 10 de sortie des gaz. Ces ouvertures e2 et s2 peuvent être du type en quart de disque, de manière à coopérer avec les positions du volet 17.
En référence à la figure 4 qui représente l'assemblage final du refroidisseur selon l'invention, l'axe du volet 17 est perpendiculaire au disque 13. Le cylindre 18 définit l'entrée el et la sortie s1 des gaz recirculés. En considérant le volet 17 tournant dans le cylindre 18, les entrée el et sortie s1, les orifices d'entrée e2 et de sortie s2, on retrouve le principe de répartition des gaz recirculés décrit ci dessus à l'aide de la figure 1. La différence réside dans la réalisation des orifices e2 et s2, car ils sont définit sur le disque 13.
Le disque 13 réalise le fond du cylindre 18, on peut envisager que le disque 13 et le cylindre 18 soient réalisés ensemble en une seule pièce.
Selon une caractéristique supplémentaire, la vanne peut comporter des moyens pour accroître la précision de répartition du flux de gaz recirculés aux faibles ouvertures de celle-ci. Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 5, il est possible d'adjoindre sur une extrémité du volet 17 une plaque 19 perpendiculaire au volet 17, dont la courbure est adaptée à celle de la paroi intérieure du cylindre 18. La plaque 19 peut être par exemple de forme triangulaire cintrée sur le volet 17. L'avantage d'adjoindre cette plaque 19 sur le volet 17 est qu'elle permet d'accroître la précision de la variation de répartition de débit aux faibles ouvertures par rapport aux première et deuxième positions du volet 17.
Un autre mode de réalisation représenté à la figure 6 peut être envisagé. La forme triangulaire peut être divisée en deux parties égales 20, chacune des parties 20 étant alors disposée d'un côté de l'extrémité de l'entrée el ou de la sortie s1 débouchant dans le cylindre 18.
Ces deux modes de réalisation permettent une plus grande précision de gestion des débits de gaz recirculés, entre ceux qui sont bypassés et ceux qui sont refroidis (dans le cas où l'on utilise une vanne du type proportionnelle et grâce à laquelle on peut faire de la régulation de température de gaz recirculés), et une meilleure maîtrise de la variation du refroidissement des gaz.
L'invention concerne également un procédé de recirculation de gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de nettoyage du circuit EGR déclenchée par une unité électronique. L'étape de nettoyage peut commencer par exemple lorsque la température des gaz recirculés est suffisante pour éliminer les dépôts de suies, et cette information peut être fournie par un capteur de température du moteur. Selon l'invention, l'étape de nettoyage comporte une étape d'inversion du flux de gaz EGR traversant un refroidisseur EGR. L'étape d'inversion peut être déclenchée au bout d'une durée prédéterminée à partir du déclenchement de l'étape de nettoyage.
Le procédé de recirculation peut agir directement sur les moyens d'entraînement du volet 17 du refroidisseur de gaz recirculés 2. Ces moyens d'entraînement peuvent consister par exemple en un moteur électrique (ou servomoteur) qui fait tourner l'axe du volet 17. Le calculateur (non représenté) peut ainsi commander le moteur électrique pour faire pivoter le volet 17 de sa première position vers sa deuxième, et inverser ainsi le flux de gaz recirculés. Cette action, ou étape d'inversion du flux, peut se dérouler au bout d'un temps prédéterminé qui est enregistré dans la mémoire du calculateur. On peut aussi prévoir d'utiliser d'autres façons d'enclencher cette étape d'inversion pendant la phase de nettoyage, en utilisant par exemple des capteurs de températures, de pressions, etc. Le procédé peut aussi prévoir une étape de nettoyage de la vanne représenté par le volet 17 pendant cette phase de nettoyage du circuit de gaz recirculés. Le calculateur peut commander le moteur électrique d'entraînement pour lui faire réaliser au moins une rotation complète, de sorte à éliminer les éventuels dépôts de suies.
Le procédé peut aussi commander le volet en dehors d'une phase de nettoyage en alternant, par exemple à chaque nouveau démarrage du moteur, la position du volet entre la première et la deuxième position. Le procédé comporte à cet effet une étape d'inversion du flux de gaz recirculés dans le refroidisseur à chaque nouveau démarrage du moteur. Un avantage de cette caractéristique est que l'encrassement naturel du refroidisseur est réparti de manière plus uniforme au niveau de l'entrée et aussi de la sortie des gaz recirculés.
Avec tous ces éléments, le calculateur peut commander la vanne de la façon suivante au cours d'un cycle de fonctionnement du moteur: avant le démarrage du moteur, mise en position de bypass du refroidisseur, ensuite, lorsque des conditions de fonctionnement sont atteintes (par exemple lors du dépassement d'un seuil de température du fluide de refroidissement représentatif de la chauffe du moteur), mise en rotation du volet pour le mettre soit dans la première position, soit dans la deuxième. La position du volet est fonction de la dernière des deux positions possibles enregistrée par le calculateur. Ou alors mise en position intermédiaire (dans le cas d'une vanne du type proportionnelle), pour faire du refroidissement contrôlé, mais toujours du côté de la position opposée à la dernière position (première ou deuxième) enregistrée par le calculateur.
enclenchement d'une étape de nettoyage lorsque la température des gaz recirculés est suffisante, voir aussi lorsque une autre condition est remplie, comme par exemple un certain kilométrage du véhicule, ou encore lorsque qu'un seuil de pression différentielle représentatif de l'encrassement du refroidisseur EGR est dépassé.
Enclenchement de l'étape d'inversion du flux dans le refroidisseur, au bout d'un certain temps.

Claims (10)

Revendications
1) Dispositif (1) de répartition de gaz recirculés vers un refroidisseur (2) du circuit EGR comportant un échangeur thermique (4), caractérisé en ce qu'il comporte une entrée (el) et une sortie (si) de gaz recirculés, un orifice d'entrée (e2) et un orifice de sortie (s2) vers le refroidisseur (2), et des moyens pour inverser le flux de gaz recirculés circulant dans l'échangeur thermique (4) du refroidisseur (2).
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour inverser le flux de gaz recirculés comportent une vanne mobile en rotation entre une première position dans laquelle d'une part l'entrée (el) des gaz recirculés et l'orifice d'entrée (e2) vers le composant (2) et d'autre part l'orifice de sortie (s2) vers le composant et la sortie (si) de gaz recirculés sont en communication, et une deuxième position dans laquelle d'une part l'entrée (el) des gaz recirculés et l'orifice de sortie (s2) vers le composant (2) et d'autre part l'orifice d'entrée (e2) vers le composant et la sortie (si) de gaz recirculés sont en communication.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne mobile en rotation possède une position intermédiaire permettant de bypasser le composant (2).
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne est du type proportionnelle.
5) Refroidisseur (2) de gaz recirculés comportant un échangeur thermique (4), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour inverser le flux de gaz EGR circulant dans l'échangeur thermique (4).
6) Refroidisseur (2) selon la revendication 5, le refroidisseur (2) 30 étant configuré U, caractérisé en ce les moyens pour inverser le flux de gaz recirculés comportent une vanne, la vanne comportant un disque (13) recouvrant l'entrée et la sortie du refroidisseur (2), et qui définit au moins deux ouvertures (e2, s2), l'une (e2) communiquant avec une chambre d'entrée (9) des gaz et l'autre communiquant avec la une chambre de sortie (10) des gaz, et un volet (17) pivotant selon un axe perpendiculaire au disque (13) à l'intérieur d'un cylindre (18), le cylindre (18) définissant les orifices d'entrée (el) et de sortie (si) des gaz EGR.
7) Refroidisseur (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vanne comporte des moyens (19; 20) pour accroître la précision de répartition du flux de gaz recirculés aux faibles ouvertures de celle-ci.
8) Procédé de recirculation de gaz d'échappement, le procédé comportant une étape de nettoyage du circuit EGR déclenchée par une unité électronique, caractérisé en ce que l'étape de nettoyage comporte une étape d'inversion du flux de gaz EGR traversant un échangeur thermique d'un refroidisseur EGR.
9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape d'inversion est déclenché au bout d'une durée prédéterminée à partir du déclenchement de l'étape de nettoyage.
10)Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte un étape d'inversion du flux de gaz recirculés dans le refroidisseur à chaque nouveau démarrage du moteur.
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