FR2908830A1

FR2908830A1 - Dispositif et procede de vidange d'un echangeur thermique pour recyclage des gaz d'echappement dans un moteur diesel

Info

Publication number: FR2908830A1
Application number: FR0610029A
Authority: FR
Inventors: Cedric Mathias; Christophe Piard; Christophe Pointard
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-05-23
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: FR2908830B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de vidange d'un échangeur de chaleur pour le recyclage des gaz d'échappement EGR dans un moteur à combustion interne de type Diesel, refroidi par un liquide circulant, sous l'effet d'une pompe électrique, dans un circuit comprenant un échangeur air/eau relié à l'échangeur de chaleur EGR par des durites et un bocal de décantation, caractérisé en ce que ledit échangeur EGR (6) et le bocal (24) de décantation sont reliés alternativement à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur Diesel et à la pression atmosphérique, par des électrovannes commandables, en ce que le circuit de refroidissement comporte de plus des électrovannes (31, 32), commandables indépendamment l'une de l'autre, destinées à sa fermeture et une durite (30) d'aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal.Application aux véhicules automobiles.

Description

1 Dispositif et procédé de vidange d'un échangeur thermique pour recyclage

des gaz d'échappement dans un moteur Diesel. La présente invention concerne un dispositif de vidange d'un échangeur de chaleur pour le recyclage des gaz d'échappement dans un moteur de type Diesel de véhicule automobile, ledit échangeur étant refroidi par de l'eau glycolée et sa vidange devant avoir lieu avant son décrassage par élimination thermique. Elle concerne également un procédé mis en oeuvre par le dispositif.

Pour répondre aux normes actuelles d'anti-pollution et donc réduire la pollution atmosphérique occasionnée par les gaz d'échappement des moteurs Diesel montés notamment dans les véhicules automobiles, ces gaz doivent passer dans un circuit de recyclage. Ainsi, le recyclage des gaz d'échappement permet de réduire les émissions polluantes, en particulier les émissions d'oxydes d'azote.

Pour augmenter le potentiel de réduction des oxydes d'azote à iso émission de particules, il faut refroidir les gaz recyclés, par un dispositif refroidisseur de type échangeur de chaleur gaz/eau ou air/air, pouvant être constitué par le circuit lui-même. Mais les échanges thermiques du refroidisseur comme les pertes de charge du circuit de recyclage des gaz dérivent au fil des kilomètres parcourus par le véhicule en raison du dépôt de particules et d'hydrocarbures dans le circuit de recyclage des gaz d'échappement dit EGR. Cette dérive peut être incompatible avec le maintien des niveaux d'émissions polluantes fixés par les normes, qui imposent leur maintien sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de fonctionnement du moteur diesel.

Pour résoudre ce problème, une procédure de décrassage de l'échangeur EGR est appliquée périodiquement, par élimination thermique telle qu'une combustion des dépôts de particules ou d'hydrocarbures. Cette procédure vise à introduire des gaz d'échappement EGR très chauds dans l'échangeur pour le nettoyer thermiquement, selon une requête de nettoyage en fonction des différents paramètres comme la perte de charge de l'échangeur, la température des gaz en entrée et en sortie de celui-ci, du kilométrage parcouru ou du nombre d'heures de fonctionnement du moteur notamment.

Mais ces gaz d'échappement très chauds circulant dans l'échangeur sont refroidis par un liquide, de l'eau glycolée par exemple, grâce à une boucle indépendante du circuit de refroidissement du moteur, incluant des durites, un 2908830 2 échangeur air-eau, une pompe électrique et un bocal de décantation. Ce refroidissement des gaz fait que les températures en sortie de l'échangeur sont souvent insuffisantes pour un décrassage complet de l'échangeur.

5 Le but de l'invention est de vidanger l'échangeur avant son décrassage afin d'avoir une température homogène dans l'échangeur pour améliorer le décrassage. Pour cela, un premier objet de l'invention est un dispositif de vidange d'un échangeur de chaleur pour le recyclage des gaz d'échappement EGR, dans un moteur 10 à combustion interne de type Diesel, refroidi par un liquide circulant, sous l'effet d'une pompe électrique, dans un circuit comprenant un échangeur air/eau relié à l'échangeur de chaleur EGR par des durites et un bocal de décantation, caractérisé en ce que ledit échangeur EGR et le bocal de décantation sont reliés alternativement à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur Diesel et à la pression atmosphérique, par des 15 électrovannes commandables, en ce que le circuit de refroidissement comporte de plus des électrovannes, commandables indépendamment l'une de l'autre, destinées à sa fermeture et une durite d'aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal. Selon une autre caractéristique du dispositif de vidange, dans le circuit de 20 refroidissement la durite d'aspiration du liquide de refroidissement relie la partie aval du circuit, en aval de la pompe électrique, à l'entrée haute du bocal de décantation situé entre l'échangeur de chaleur EGR et l'électrovanne commandable de ladite partie aval et ledit circuit de refroidissement comporte : une électrovanne, non commandée en position ouverte, sur la durite de 25 la partie amont du circuit, entre l'échangeur EGR et l'échangeur air/eau, une électrovanne, non commandée en position ouverte, sur la durite de la partie aval du circuit entre le bocal de décantation et la durite d'aspiration du liquide de refroidissement, deux électrovannes reliant la partie supérieure du bocal, respectivement 30 l'une, non commandée en position fermée, à la dépression obtenue par la pompe à vide du moteur et l'autre, non commandée en position ouverte, à la pression atmosphérique, deux électrovannes, non commandées en position fermée, reliant l'échangeur de chaleur respectivement l'une à la dépression obtenue 35 par la pompe à vide du moteur et l'autre à la pression atmosphérique, 2908830 3 Un second objet de l'invention est un procédé de vidange d'un échangeur de chaleur pour la recirculation des gaz d'échappement d'un moteur Diesel mis en oeuvre par le dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte une phase de vidange proprement dite de l'échangeur de chaleur dans le bocal de décantation par la durite d'aspiration 5 avec les étapes suivantes : fermeture du circuit de refroidissement par commande à la fermeture des électrovannes des durites amont et aval et arrêt simultané de la pompe électrique, aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal de décantation par: ^ mise en dépression dudit bocal de décantation par commande de la fermeture de l'électrovanne le reliant à la pression atmosphérique et de l'ouverture de l'électrovanne le reliant à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur, ^ mise à la pression atmosphérique de l'échangeur de chaleur EGR par commande de l'ouverture de l'électrovanne le reliant à la pression atmosphérique et maintien de la fermeture de l'électrovanne le reliant à la dépression fournie par la pompe à vide.

20 Selon une autre caractéristique du procédé de vidange, il comporte, après la phase de vidange, une phase de remplissage de l'échangeur par la partie aval du circuit de refroidissement avec les étapes suivantes : maintien à la fermeture de la partie amont du circuit de refroidissement 25 par commande de l'électrovanne amont, ouverture de la partie aval du circuit par arrêt de la commande de l'électrovanne aval provoquant son ouverture, alimentation simultanée de la pompe, vidange du bocal de décantation dans le circuit de refroidissement par : 30 ^ la mise à la pression atmosphérique du bocal de décantation par fermeture de l'électrovanne reliée à la pompe à vide du moteur et ouverture de l'électrovanne de mise à l'air libre, obtenues par l'arrêt de leur commande, ^ la mise en dépression de l'échangeur EGR, par fermeture de l'électrovanne de mise à l'air libre provoquée par arrêt de sa commande et par commande 35 de l'ouverture de l'électrovanne reliée à la pompe à vide. 10 15 2908830 4 suivie d'une phase de remise en fonctionnement normal de refroidissement des gaz d'échappement recyclés par arrêt de la commande de l'électrovanne de la partie amont du circuit, provoquant son ouverture, et arrêt de la commande de l'électrovanne reliant l'échangeur à la pompe à vide du moteur, provoquant sa fermeture. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont : la figure 1 : un exemple de système de re-circulation des gaz d'échappement d'un moteur Diesel, la figure 2 : une vue détaillée de la boucle de refroidissement d'un échangeur de chaleur EGR, selon l'invention, la figure 3 : le circuit de liquide de refroidissement de l'échangeur de chaleur EGR pendant sa phase de vidange, la figure 4 : le circuit de liquide de refroidissement de l'échangeur EGR pendant sa phase de re-remplissage après vidange. Comme le montre la figure 1, un exemple de système de re-circulation des gaz d'échappement d'un moteur 1 de type Diesel comprend une première partie composée d'une turbine 2, actionnée par les gaz et associée à un compresseur 3 20 destiné à comprimer l'air frais atmosphérique après son passage dans un filtre 4 en vue de son admission dans le moteur, et d'un filtre à particules 5 destiné au post-traitement des gaz avant leur échappement dans l'atmosphère. Il comprend une seconde partie pour le recyclage d'une fraction des gaz d'échappement, comportant un échangeur de chaleur EGR 6 destiné à les refroidir, de type air/eau notamment, 25 avant leur admission dans le moteur 1 via une vanne EGR 7. Cette admission des gaz d'échappement sous haute pression est mélangée à l'admission de l'air frais issu du compresseur 3, après son passage dans un second échangeur 8, de type air/eau par exemple, destiné à le refroidir puis dans un volet d'admission 9. Un calculateur électronique de contrôle moteur commande le débit d'air frais à l'admission en 30 fonction de la demande de couple souhaitée par le conducteur. L'échangeur en mode de re-circulation des gaz d'échappement EGR en haute pression HP doit refroidir lesdits gaz qui arrivent du moteur avec une température de l'ordre de 400 C, afin de les densifier en entrée du moteur. Pour baisser la 35 température des gaz en dessous de 100 C, il faut des moyens de refroidissement important de l'échangeur, qui ont pour conséquence l'encrassement de l'échangeur par des particules et par des hydrocarbures. Cet encrassement de l'échangeur 5 10 15 2908830 5 entraîne une perte de son efficacité et une diminution de son influence sur les niveaux de polluants en sortie du moteur. Avec les normes futures de dépollution, les niveaux des oxydes d'azote visés amènent à travailler avec des réglages de taux de gaz d'échappement recyclés EGR très élevés, ce qui oblige à recourir à un 5 échangeur EGR très efficace et perméable dans le cas d'une architecture EGR haute pression très refroidie. Si l'échangeur est encrassé, sa perméabilité va diminuer, il va développer moins de puissance d'échange, et poser des problèmes tels que le grippage de la vanne EGR ou une modification de la régulation entre l'air et les gaz d'échappement recyclés qui va ouvrir plus la vanne EGR pour maintenir sa consigne 10 d'air ou son taux d'EGR. La figure 2 est une vue détaillée de la boucle de refroidissement de l'échangeur de chaleur EGR 6 en fonctionnement normal, par circulation d'eau glycolée dans deux durites, l'une 20, dite durite amont, reliant l'échangeur EGR 6 à l'échangeur 15 air/eau 8 pour constituer la partie amont du circuit et l'autre 21, dite durite aval, reliant ce dernier échangeur 8 à l'échangeur EGR 6, constituant la partie aval du circuit. La circulation du liquide de refroidissement est assurée par une pompe électrique 23 alimentée par la batterie du véhicule, sous une tension de 12 volts par exemple. Un bocal de décantation 24 est branché dans le circuit aval de refroidissement. Il a une 20 fonction de réservoir de liquide de refroidissement, du glycol par exemple, et est situé plus haut que le circuit de sorte que l'entrée à sa base permet de charger le circuit par une durite 22, alors que son entrée haute permet la vidange du circuit par une durite 30 d'aspiration, reliée à la durite aval 21 en aval de la pompe 23. Il permet également la purge en air du circuit.

25 La circulation des gaz d'échappement recyclés dans l'échangeur EGR 6 est représentée par des flèches en traits interrompus, le flux d'air de refroidissement traversant l'échangeur air/eau 8 est représenté par des flèches en traits fins continus, et la circulation d'eau glycolée dans les durites 20 et 21 est représentée par des 30 flèches en traits épais. Le but de l'invention étant de vidanger l'échangeur de chaleur EGR avant tout décrassage par les gaz d'échappement recyclés, à température très élevée, le circuit de refroidissement doit être fermé avec arrêt de la pompe électrique, pour que le 35 liquide de refroidissement soit aspiré dans le bocal mis en dépression grâce à la pompe à vide du moteur Diesel. Celleci fournit par exemple la dépression nécessaire aux actuateurs tels que la commande du clapet de décharge de la turbine 2908830 6 pour la suralimentation et la dépression nécessaire au système d'assistance de freinage de type Mastervac. Lorsque le décrassage est réalisé, il faut tout d'abord remplir à nouveau l'échangeur EGR, mis à son tour en dépression, en vidant le bocal mis à la pression atmosphérique et en ouvrant la partie amont du circuit de 5 refroidissement, puis rétablir le fonctionnement normal de l'échangeur par suppression de la dépression dans l'échangeur de chaleur et ouverture totale du circuit de refroidissement. Selon l'invention, l'échangeur EGR et le bocal de décantation sont reliés 10 alternativement à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur Diesel et à la pression atmosphérique, c'est pourquoi le circuit indépendant de refroidissement des gaz d'échappement comporte de plus six électrovannes 31 à 36 commandables, nécessaires à la vidange de l'échangeur EGR.

15 Une électrovanne 31, dite électrovanne amont, est placée dans la partie amont du circuit de refroidissement entre l'échangeur EGR 6 et l'échangeur 8, de préférence à proximité de l'échangeur EGR, et une électrovanne 32, dite électrovanne aval, est placée dans sa partie aval entre le bocal 24 et la durite 30, toutes deux étant non commandées en position ouverte. Des électrovannes 33 et 34 20 relient la partie supérieure du bocal 24 de décantation, l'une 33 à la pompe à vide 40 du moteur à combustion interne diesel et l'autre 34 à la pression atmosphérique Pa. L'électrovanne 33 est non commandée en position fermée et l'électrovanne 34 est non commandée en position ouverte. Deux électrovannes 35 et 36 relient l'échangeur EGR, l'une 35 à la dépression fournie par la pompe à vide 40 du moteur 25 diesel et l'autre 36 à la pression atmosphérique Pa ; elles sont non commandées en position fermée. Le procédé de vidange de l'échangeur EGR comporte les phases suivantes : la vidange proprement dite, le remplissage et la remise en fonctionnement normal de 30 l'échangeur. En mode vidange proprement dit de l'échangeur EGR vers le bocal 24 de décantation par la durite 30 d'aspiration, il comporte les étapes suivantes : 35 - la fermeture du circuit de refroidissement par commande à la fermeture des électrovannes 31 et 32 des durites amont et aval, car elles étaient 2908830 7 initialement en position ouverte, avec arrêt simultané de l'alimentation de la pompe électrique 23, l'aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal 24 de décantation par : ^ la mise en dépression du bocal 24 par commande de la fermeture de l'électrovanne 34 le reliant à la pression atmosphérique et de l'ouverture de l'électrovanne 33 le reliant à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur, ^ la mise à la pression atmosphérique de l'échangeur de chaleur EGR par commande de l'ouverture de l'électrovanne 36 et maintien de la fermeture de l'électrovanne 35 reliée à la pompe à vide du moteur, ce qui permet, grâce à la dépression présente dans le bocal de décantation, la vidange de l'échangeur par la durite 30 d'aspiration, l'eau glycolée étant ainsi récupérée dans le 15 bocal de décantation. La figure 3 représente le circuit de liquide de refroidissement de l'échangeur pendant cette phase de vidange précédemment décrite. Les électrovannes 31 amont, 32 aval, 34 de mise à l'air du bocal et 35 reliant l'échangeur de chaleur à la pompe à 20 vide sont fermées, l'électrovanne 33 est ouverte mettant le bocal de décantation 24 en liaison avec la dépression fournie par la pompe à vide du moteur Diesel, l'électrovanne 36 est ouverte reliant l'échangeur EGR à la pression atmosphérique et la pompe électrique 23 ne fonctionne pas.

25 Pendant que l'échangeur EGR est vidangé, il est alors possible de procéder à son décrassage par circulation de gaz d'échappement très chauds, et lorsque le décrassage est terminé, il faut remplir à nouveau l'échangeur avec le liquide contenu dans le bocal de décantation.

30 Pour cela, la partie aval du circuit de refroidissement doit être ouverte pendant que sa partie amont doit rester fermée, le bocal de décantation ne doit plus être relié à la dépression mais à la pression atmosphérique pour que le liquide glycolé se vide dans les durites 22 et 21 successivement, puis circule autour de l'échangeur EGR grâce à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur.

35 La phase de remplissage de l'échangeur EGR comporte à cet effet les étapes suivantes : 5 10 2908830 8 le maintien à la fermeture de la partie amont du circuit de refroidissement par commande de l'électrovanne 31, l'ouverture de la partie aval du circuit de refroidissement par arrêt de la commande de l'électrovanne 32 aval provoquant son ouverture, 5 l'alimentation simultanée de la pompe électrique 23, la vidange du bocal de décantation 24 dans le circuit par : ^ la mise à la pression atmosphérique du bocal de décantation 24 par fermeture de l'électrovanne 33 reliée à la pompe à vide et ouverture de l'électrovanne 34 de mise à l'air , obtenues par l'arrêt de leur commande, 10 ^ la mise en dépression de l'échangeur de chaleur EGR 6 par fermeture de l'électrovanne 36 de mise à l'air libre, provoquée par arrêt de sa commande et par commande de l'ouverture de l'électrovanne 35 reliée à la pompe à vide.

15 L'état du circuit de refroidissement est représenté sur la figure 4. Ainsi, la dépression présente dans l'échangeur EGR autorise le remplissage de celui-ci par la partie aval du circuit de refroidissement et le niveau de liquide glycolé dans l'échangeur peut être mesuré par une jauge de niveau. Dès que le niveau de liquide de refroidissement prédéterminé est atteint, la procédure de remplissage est 20 considérée comme terminée. Le fonctionnement normal du circuit de refroidissement de l'échangeur, en dehors des phases de décrassage, peut reprendre dans l'état décrit à propos de la figure 2, à condition que : l'électrovanne 31 de la partie amont soit ouverte par arrêt de sa commande et l'électrovanne 35 reliant l'échangeur EGR à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur soit fermée, également par arrêt de sa commande, le circuit se purge de façon autonome, grâce au bocal de décantation 24. Ainsi, grâce à ce procédé de vidange de l'échangeur EGR, avant chacun de ses décrassages, ces derniers sont améliorés car la température y est homogène, non 35 diminuée par le liquide de refroidissement. 25 30

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de vidange d'un échangeur de chaleur pour le recyclage des gaz d'échappement EGR dans un moteur à combustion interne de type Diesel, refroidi par un liquide circulant, sous l'effet d'une pompe électrique, dans un circuit comprenant un échangeur air/eau relié à l'échangeur de chaleur EGR par des durites et un bocal de décantation, caractérisé en ce que ledit échangeur EGR (6) et le bocal (24) de décantation sont reliés alternativement à la dépression fournie par la pompe à vide du moteur Diesel et à la pression atmosphérique, par des électrovannes commandables, en ce que le circuit de refroidissement comporte de plus des électrovannes (31, 32), commandables indépendamment l'une de l'autre, destinées à sa fermeture et une durite (30) d'aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal.

2. Dispositif de vidange selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le circuit de refroidissement, la durite (30) d'aspiration du liquide de refroidissement relie la durite (21) aval du circuit à l'entrée haute du bocal (24) de décantation situé entre l'échangeur de chaleur EGR (6) et l'électrovanne (32) commandable de la partie aval, et en ce que ledit circuit de refroidissement comporte : une électrovanne (31), non commandée en position ouverte, sur la durite (20) de la partie amont du circuit, entre l'échangeur de chaleur EGR (6) et l'échangeur air/eau (8), une électrovanne (32), non commandée en position ouverte, sur la durite (21) de la partie aval du circuit entre le bocal (24) et la durite (30) d'aspiration, deux électrovannes (33, 34) reliant la partie supérieure du bocal (24) respectivement l'une (33), non commandée en position fermée, à la dépression obtenue par la pompe à vide (40) du moteur et l'autre (34), non commandée en position ouverte, à la pression atmosphérique, deux électrovannes (35, 36), non commandées en position fermée, reliant l'échangeur de chaleur (6) respectivement l'une (35) à la dépression obtenue par la pompe à vide du moteur et l'autre (36) à la pression atmosphérique, 35

3. Procédé de vidange d'un échangeur de chaleur pour la recirculation des gaz d'échappement d'un moteur Diesel mis en oeuvre par le dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte une phase de vidange 25 30 2908830 10 proprement dite de l'échangeur de chaleur (6) dans le bocal (24) de décantation par la durite (30) d'aspiration avec les étapes suivantes : fermeture du circuit de refroidissement par commande à la fermeture des électrovannes (31 et 32) et arrêt simultané de la pompe (23), 5 aspiration du liquide de refroidissement dans le bocal de décantation (24) par : ^ mise en dépression dudit bocal (24) de décantation par commande de la fermeture de l'électrovanne (34) le reliant à la pression atmosphérique et de l'ouverture de l'électrovanne (33) le reliant à la dépression fournie par la 10 pompe à vide du moteur, ^ mise à la pression atmosphérique de l'échangeur de chaleur EGR (6) par commande de l'ouverture de l'électrovanne (36) le reliant à l'air libre et maintien de la fermeture de l'électrovanne (35) le reliant à la dépression fournie par la pompe à vide. 15

4. Procédé de vidange selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, après la phase de vidange, une phase de remplissage de l'échangeur (6) par la partie aval du circuit de refroidissement avec les étapes suivantes : - maintien à la fermeture de la partie amont du circuit de refroidissement 20 par commande de l'électrovanne (31) amont, ouverture de la partie aval du circuit par arrêt de la commande de l'électrovanne (32) aval provoquant son ouverture, - alimentation simultanée de la pompe (23), vidange du bocal (24) de décantation dans le circuit de refroidissement par ^ la mise à la pression atmosphérique du bocal de décantation (24) par fermeture de l'électrovanne (33) reliée à la pompe à vide du moteur et ouverture de l'électrovanne (34) reliée à l'air libre, obtenues par l'arrêt de leur commande, ^ la mise en dépression de l'échangeur EGR (6) par fermeture de l'électrovanne (36) de mise à l'air libre provoquée par arrêt de sa commande et par commande de l'ouverture de l'électrovanne (35) reliée à la pompe à vide. suivie d'une phase de remise en fonctionnement normal de refroidissement des gaz d'échappement recyclés par arrêt de la commande de l'électrovanne (31) de la partie 2908830 11 amont du circuit, provoquant son ouverture, et arrêt de la commande de l'électrovanne (35) reliée à la pompe à vide, provoquant sa fermeture.

5. Procédé de vidange selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 5 remplissage de l'échangeur de chaleur EGR (6), après sa vidange, est considéré comme terminé quand le niveau de liquide de refroidissement, qui est mesuré par une jauge de niveau, a atteint un seuil prédéterminé.

6. Procédé de vidange selon la revendication 3, caractérisé en ce que, entre la 10 phase de vidange et la phase de remplissage de l'échangeur de chaleur EGR (6), un procédé de décrassage dudit échangeur, par circulation de gaz d'échappements très chauds, est réalisé.