FR2929340A1 - Circuit de refroidissement des gaz des circuits d'alimentation en gaz et de recirculation des gaz d'echappement d'un moteur thermique a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit de refroidissement (13) basse température des gaz des circuits d'alimentation (1) en gaz et de recirculation (8) des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne. Le circuit comprend un premier ensemble (A) de refroidissement des gaz d'alimentation et un deuxième ensemble (B) de refroidissement des gaz d'échappement.Le premier ensemble de refroidissement (A) comprend au moins deux refroidisseurs (5, 7) branchés en parallèle et les deux ensembles de refroidissement (A, B) sont branchés en série. Ainsi, la répartition des débits dans les deux ensembles est optimisée.
Description
Circuit de refroidissement des gaz des circuits d'alimentation en gaz et de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne L'invention concerne un circuit de refroidissement des gaz des circuits d'alimentation en gaz et de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne.
Un moteur thermique de véhicule automobile comporte une chambre de combustion, généralement formée par une pluralité de cylindres, dans laquelle un mélange de comburant et de carburant est brûlé pour générer le travail du moteur. Le comburant comporte de l'air, qui peut être comprimé ou non, selon que le circuit d'alimentation en gaz du moteur comporte un moyen de compression, tel qu'un turbocompresseur, ou non. L'air peut par ailleurs être mélangé à des gaz d'échappement; on parle de gaz d'échappement recirculés.
Dans le cas d'un circuit d'alimentation en gaz avec un compresseur ou un turbocompresseur, l'air est admis dans le moteur, comprimé par le compresseur, admis dans les cylindres où il est brûlé avec le carburant puis évacué par les canalisations d'échappement. Dans le cas où le compresseur est un turbocompresseur, les gaz d'échappement entraînent une turbine, solidaire du compresseur et formant avec lui le turbocompresseur, puis sont évacués hors du circuit 1' d'échappement des gaz du moteur.
La recirculation des gaz d'échappement peut être dite "basse pression", lorsqu'elle est faite avec des gaz d'échappement prélevés après la turbine et réintroduits avant le compresseur, ou "haute pression", lorsqu'elle est faite avec des gaz prélevés avant la turbine et réintroduits après le compresseur. A titre d'exemple, la recirculation permet, pour un moteur à essence, de diminuer la consommation de carburant et d'obtenir un meilleur rendement moteur, et pour un moteur diesel, de diminuer la pollution pour être en accord avec les normes environnementales.
Pour améliorer leurs performances, les circuits d'alimentation en gaz de certains moteurs comportent deux étages de compression des gaz d'alimentation, comprimant successivement les gaz d'alimentation. Ces étages de compression peuvent par exemple comprendre un turbocompresseur et un compresseur mécanique ou électrique, ou encore deux turbocompresseurs, par exemple de tailles et de rapports de compression différents; on parlera dans la suite, quelle que soit la nature du moyen de compression, de compresseur. Les gaz d'alimentation comprimés sont couramment dénommés "gaz de suralimentation" par l'homme du métier; on parlera plus généralement de gaz d'alimentation dans la suite de la demande.
Pour refroidir les gaz d'alimentation et augmenter leur densité, un refroidisseur de gaz d'alimentation peut être ménagé à la sortie de chaque compresseur. Par ailleurs, les gaz d'échappement recirculés peuvent également être refroidis avant leur réinjection dans le circuit d'alimentation en gaz du moteur (qu'il s'agisse de gaz d'échappement recirculés haute pression ou basse pression): à cet effet, un refroidisseur de gaz d'échappement recirculés est prévu dans la branche de recirculation (haute pression ou basse pression) considérée; une voie de contournement de ce refroidisseur peut éventuellement être prévue, pour l'injection, en alimentation, de gaz d'échappement recirculés non refroidis.
Les échangeurs de chaleur de refroidissement des gaz d'alimentation et. des gaz d'échappement recirculés utilisent, pour refroidir les gaz considérés, un fluide caloporteur tel que de l'eau ou, généralement, de l'eau glycolée. Le fluide de refroidissement est transporté et guidé dans un circuit de refroidissement, comportant un moyen de refroidissement du fluide, en général un radiateur, et un moyen d'entraînement en mouvement du fluide dans le circuit, en général une pompe. Ce circuit de refroidissement est généralement désigné par l'expression "circuit de refroidissement basse température", dans la mesure où la température du fluide de refroidissement est plus faible que celle du fluide de refroidissement d'un circuit de refroidissement dénommé "circuit de refroidissement haute température", qui est un circuit de refroidissement du bloc moteur.
On connaît des architectures de circuits d'alimentation en gaz et de recirculation des gaz d'échappement de moteurs dans lesquels les échangeurs de chaleur sont alimentés en fluide de refroidissement en parallèle les uns par rapport aux autres. Cette solution peut, en fonction notamment du nombre d'échangeurs, de leurs besoins de performance thermique ou de leurs pertes de charge hydraulique, ne pas être optimale; en particulier, le débit total de fluide (en sortie du radiateur) peut devoir être très important, puisqu'il est réparti entre toutes les branches parallèles; l'efficacité du radiateur, dans lequel le fluide de refroidissement est refroidi avant son passage dans les refroidisseurs, est réduite d'autant; par ailleurs, la présence d'un débit de fluide important implique l'utilisation d'une pompe puissante, volumineuse et coûteuse, consommant une énergie importante. En outre, des problèmes d'ébullition du fluide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur de refroidissement des gaz d'échappement recirculés (qui sont à haute température) peuvent se produire, principalement si le débit d'eau est insuffisant dans cet échangeur.
On connaît par ailleurs des architectures dans lesquels les échangeurs de chaleur sont alimentés en fluide en série les uns par rapport aux autres. Cette solution peut également ne pas être optimale, car au fur et à mesure de sa progression dans le circuit de refroidissement, le fluide de refroidissement subit des pertes de charge importantes, imposant la transmission d'une énergie importante par la pompe du circuit qui doit donc être, de même que précédemment, volumineuse et donc coûteuse et consommatrice d'une grande quantité d'énergie. Par ailleurs, au fur et à mesure de sa progression d'un échangeur de chaleur à un autre, le fluide de refroidissement s'échauffe, sa capacité de refroidissement diminuant d'autant; ainsi, le refroidissement est satisfaisant dans les premiers échangeurs de chaleur traversés par le fluide de refroidissement, puis les échanges se détériorent au fur et à mesure que la différence entre la température des gaz à refroidir et la température du fluide de refroidissement diminue.
On connaît d'autres architectures dans lesquelles les gaz d'échappement recirculés, qui sont les gaz les plus chauds, sont refroidis par deux fluides différents: la première partie de l'échangeur traversé par les gaz est alimentée par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement haute température, tandis que la deuxième partie de l'échangeur est alimentée par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement basse température. Une telle architecture implique néanmoins la conception de circuits de refroidissement complexes, avec de nombreuses canalisations, et la fabrication de deux (demis) échangeurs distincts: elle est donc coûteuse à mettre en place.
L'invention vise à proposer une architecture simple et efficace pour la 35 circulation du fluide de refroidissement utilisé pour le refroidissement des gaz d'alimentation et des gaz d'échappement recirculés d'un moteur à combustion interne dont le circuit d'alimentation en gaz comprend deux étages de compression des gaz d'alimentation.
A cet effet, l'invention concerne un circuit de refroidissement dit basse température des gaz des circuits d'alimentation en gaz et de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne, comprenant un premier ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation et un deuxième ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés, caractérisé par le fait que le premier ensemble de refroidissement comprend au moins deux refroidisseurs branchés en parallèle et les deux ensembles de refroidissement sont branchés en série.
Grâce à l'invention, un bon compromis est obtenu,, pour la résolution des inconvénients présentés ci-dessus, par la mise en série des deux ensembles de refroidissement (des gaz d'alimentation et des gaz d'échappement recirculés), les refroidisseurs de l'ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation étant montés en parallèle. La répartition des débits dans les deux ensembles est optimisée. En particulier, le débit est maximal dans l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés, placé en série par rapport à l'ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation; de ce fait, les problèmes d'ébullition clans cet ensemble, qui étaient liés à un débit de fluide trop faible, sont résolus.
Selon une forme de réalisation préférée, le circuit de refroidissement comporte un radiateur de refroidissement d'un fluide de refroidissement, et l'ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation est placé en amont, dans le sens de circulation du fluide de refroidissement, de l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés.
Les gaz d'alimentation étant moins chauds que les gaz d'échappement recirculés, ils ont besoin, pour un refroidissement équivalent ou du moins comparable (qualitativement) à celui des gaz d'échappement, d'un liquide de refroidissement à une température inférieure à celle nécessaire au refroidissement des gaz d'échappement; en effet, la température des gaz d'alimentation étant inférieure à celle des gaz d'échappement recirculés, la différence de température avec une température donnée du liquide de refroidissement est moins importante. Puisque l'ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation est placé, après le radiateur, en amont de l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés, la température du liquide de refroidissement dans l'ensemble de refroidissement des gaz d'alimentation est inférieure à la température du liquide de refroidissement dans l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés. Ainsi, l'objectif d'un bon refroidissement de tous les gaz, d'alimentation et d'échappement, est bien atteint.
Selon une forme de réalisation, l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés comporte un unique refroidisseur.
Selon une autre forme de réalisation, l'ensemble de refroidissement des gaz d'échappement recirculés comporte au moins deux refroidisseurs.
De préférence dans ce cas, les refroidisseurs des gaz d'échappement recirculés sont branchés en série. Ainsi, chaque refroidisseur des gaz, 15 d'échappement reçoit un débit maximal de liquide de refroidissement.
L'invention concerne encore un ensemble d'un circuit d'alimentation en gaz d'un moteur thermique à combustion interne, d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur et d'un circuit de refroidissement des gaz des 20 circuits d'alimentation et de recirculation, dans lequel le circuit de refroidissement comprend les caractéristiques du circuit de refroidissement présenté ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la 25 forme de réalisation préférée du moteur de l'invention, en référence aux planches de dessins annexées, sur lesquelles: - la figure 1 représente une vue schématique de l'architecture d'un circuit d'alimentation et d'échappement des gaz d'un moteur comportant une voie de recirculation des gaz d'échappement haute pression; 30 - la figure 2 représente une vue schématique du circuit de refroidissement des gaz du circuit de la figure 1; - la figure 3 représente une vue schématique de l'architecture d'un circuit d'alimentation et d'échappement des gaz d'un moteur comportant une voie de recirculation des gaz d'échappement basse pression et une voie de recirculation 35 des gaz d'échappement haute pression; - la figure 4 représente une vue schématique d'une première forme de réalisation du circuit de refroidissement des gaz du circuit de la figure 3 et - la figure 5 représente une vue schématique d'une deuxième forme de réalisation du circuit de refroidissement des gaz du circuit de la figure 3.
Dans la description qui suit, les gaz et liquides sont guidés dans des 5 canalisations. Les traits reliant les divers éléments structurels sur les figures 1 à 5 correspondent à des canalisations, même si cela ne sera pas systématiquement précisé dans la description des figures.
En référence à la figure 1, un moteur comporte une chambre de 10 combustion 2, formée par une pluralité de cylindres, ici au nombre de quatre, et: destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant dont la combustion génère le travail du moteur. Le circuit 1 d'alimentation en gaz du moteur comporte une canalisation 3 d'admission de gaz d'alimentation (ici de l'air), un premier compresseur 4a des gaz d'alimentation formant, avec une première 15 turbine 4b, un premier turbocompresseur 4c, un premier échangeur de chaleur 5, de refroidissement des gaz d'alimentation issus du premier compresseur 4a, un deuxième compresseur 6a formant, avec une deuxième turbine 6b, un deuxième turbocompresseur 6c, et un deuxième échangeur de chaleur 7, de refroidissement des gaz d'alimentation issus du deuxième compresseur 6a. Les gaz en sortie de ce 20 deuxième échangeur de chaleur 7 sont introduits dans la chambre de combustion 2.
On désignera les premier et deuxième échangeurs de chaleur 5, 7 respectivement par l'expression "premier refroidisseur des gaz d'alimentation 5" 25 et "deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7". Ils forment un ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation.
En sortie de la chambre de combustion 2, le circuit 1' d'échappement des gaz du moteur comporte une voie (canalisation) 10 d'échappement et une voie 8 30 de recirculation des gaz d'échappement haute pression, comportant une vanne 8a de réglage du débit de recirculation dans cette voie et un échangeur de chaleur 8b, de refroidissement des gaz d'échappement empruntant la voie de recirculation 8; l'échangeur de chaleur 8b sera dénommé "refroidisseur des gaz d'échappement 8b"; il forme un ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement recirculés 35 (comportant ici un unique refroidisseur 8b). En l'espèce, le circuit d'alimentation 1 comporte également, sur la canalisation reliant le deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7 à la chambre de combustion 2, une vanne 9 placée juste en amont du raccordement à la voie de recirculation 8 pour le réglage du débit des gaz d'alimentation admis dans la chambre de combustion 2.
En sortie de la chambre de combustion 2, les gaz d'échappement peuvent soit emprunter la voie recirculée 8, soit emprunter la voie d'échappement 10. La. voie d'échappement traverse successivement la deuxième turbine 6b (c'est-à-dire la turbine 6b du deuxième turbocompresseur 6c), la première turbine 4b (c'est-à-dire la turbine 4b du premier turbocompresseur 4c), un catalyseur (non représenté), un filtre à particules 11 et est reliée à une canalisation 12 de guidage des gaz d'échappement hors du moteur 1.
Le fonctionnement du moteur est classique et comparable au fonctionnement des moteurs de l'art antérieur présentés en introduction. Il va donc être présenté de manière succincte.
Les gaz d'alimentation sont admis dans le moteur par la canalisation d'admission d'air d'alimentation 3. Il sont comprimés dans le premier compresseur 4a, refroidis dans le premier refroidisseur des gaz d'alimentation 5, puis de nouveau comprimés dans le deuxième compresseur 6a et refroidis dans le deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7; ils sont alors admis dans la chambre de combustion 2, en ayant éventuellement été mélangés à des gaz d'échappement recirculés issus de la voie de recirculation S. Dans la chambre de combustion, les gaz subissent une combustion, selon le cycle classique à quatre temps d'un moteur thermique à combustion interne (admission, compression, combustion, échappement). Les gaz d'échappement issus de la combustion sont collectés, en sortie de la chambre de combustion 2, dans un collecteur de gaz d'échappement, non représenté. Les gaz d'échappement sont guidés, en sortie du collecteur, soit vers la voie recirculée 8, soit vers la voie d'échappement 10, soit vers les deux; le réglage de la proportion de gaz d'échappement recirculés est obtenu grâce à la vanne 8a de la voie de recirculation 8. Lorsqu'ils empruntent la voie d'échappement 10, les gaz d'échappement traversent la deuxième turbine 6b, qu'ils entraînent en rotation (ce qui entraîne en rotation le deuxième compresseur 6a qui lui est solidaire), puis la première turbine 4b, qu'ils entraînent en rotation (ce qui entraîne en rotation le premier compresseur 4a qui lui est solidaire). En sortie de la première turbine 4b, les gaz d'échappement passent dans le filtre à particules 11, dont la fonction est de retenir les particules qui ne doivent pas être rejetées dans l'atmosphère, puis sont guidés dans la canalisation d'échappement 12 pour leur échappement hors du moteur 1. Lorsqu'ils empruntent la voie recirculée 8, les gaz d'échappement traversent le refroidisseur des gaz d'échappement 8b et débouchent dans la canalisation reliant le deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7 à la chambre de combustion 2; comme expliqué précédemment, le débit des gaz d'alimentation dans cette canalisation est réglé par la vanne 9 située juste en amont du raccord avec la canalisation de la voie recirculée 8.
On voit sur la figure 2 le circuit 13 de refroidissement des gaz des circuits d'alimentation 1 en gaz et de recirculation 8 des gaz d'échappement du. moteur de la figure 1, dans lequel circule un fluide caloporteur, par exemple de l'eau glycolée. Il s'agit du circuit de refroidissement basse température du moteur. comme expliqué en introduction; la notion de circuit "basse température" est bien connue de l'homme du métier. Le circuit 13 comporte un radiateur 14, une pompe 15, l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation, comprenant les premier et deuxième refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7, et l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement, comprenant le refroidisseur des gaz d'échappement 8b. Les premier et deuxième refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 sont branchés en parallèle sur le circuit de refroidissement 13 et l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement (ici le refroidisseur des gaz d'échappement 8b) est monté en série par rapport à l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation. L'eau glycolée circule dans le circuit de refroidissement 13 en circuit fermé, depuis l'amont, en sortie du radiateur 14, vers l'aval, en entrée du radiateur 14.
Le radiateur 14 comporte des tubes dans lesquels l'eau glycolée est amenée à circuler. L'eau qui s'écoule dans les tubes du radiateur 14 est refroidie par de l'air traversant le volume du radiateur 14 (entre les tubes), par exemple à travers d'autres tubes, et échangeant de la chaleur avec elle, de manière classique. On note que le radiateur 14 du circuit de refroidissement 13 peut être formé par tout ou partie des tubes d'un radiateur du véhicule.
La pompe 15 est agencée pour entraîner l'eau glycolée en mouvement dans les canalisations du circuit de refroidissement 13. On note ici que la pompe 35 15 peut être placée à n'importe quel endroit dans le circuit de refroidissement 13.
La structure des divers refroidisseurs 5, 7, 8b n'est pas décrite en détails car elle est classique et bien connue de l'homme du métier; les refroidisseurs 5, 7, 8b comportent un faisceau de tubes dans lesquelles l'eau glycolée du circuit de refroidissement 13 s'écoule. Les gaz (d'alimentation ou d'échappement) destinés à être refroidis s'écoulent entre ces tubes et échangent de la chaleur avec l'eau glycolée qui s'écoule en leur sein; l'eau glycolée étant à une température inférieure à la leur, les gaz sont ainsi refroidis.
L'eau glycolée s'écoule dans les tubes du radiateur 14, en sortie desquelles elle passe dans la pompe 15. Le flux d'eau est alors divisé entre une première canalisation 5a guidant l'eau vers le faisceau d'échange de chaleur du premier refroidisseur des gaz d'alimentation 5 et une seconde canalisation 7a guidant l'eau vers le faisceau d'échange de chaleur du deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7, monté en parallèle du premier refroidisseur 5. Les flux d'eau en sortie des refroidisseurs 5, 7 sont mélangés dans une canalisation unique 8b' guidant l'eau vers le faisceau d'échange de chaleur du refroidisseur des gaz d'échappement 8b, en sortie desquelles l'eau est guidée vers le radiateur 14.
L'agencement du circuit de refroidissement 13, avec les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 branchés en parallèle sur le circuit de refroidissement 13 en sortie du radiateur 14 et le refroidisseur des gaz d'échappement 8b branché en série de l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation 5, 7, présente de nombreux avantages.
Tout d'abord, les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 sont placés juste après le radiateur 14 et reçoivent donc l'eau glycolée la plus froide du circuit de refroidissement 13; le rendement de la compression des gaz d'alimentation est ainsi amélioré, ce qui améliore les performances du moteur; la tenue des pièces mécaniques est également améliorée. Le fait que la pompe 15 soit placée entre le radiateur 14 et les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 n'influe pas de manière notable sur la température de l'eau glycolée dans les refroidisseurs 5, 7; en tout état de cause, il est possible, comme déjà précisé plus haut, de modifier la position de la pompe 15 dans le circuit de refroidissement 13.
Par ailleurs, le fait que le refroidisseur des gaz d'échappement 8b soit placé après les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 n'est pas gênant pour le refroidissement des gaz d'échappement; en effet, la température de ces derniers est plus importante que celle des gaz d'alimentation et le fait que l'eau les refroidissant ait préalablement été réchauffée par les gaz d'alimentation n'est pas problématique.
De plus, le fait que les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 soient branchés en parallèle et les ensembles A, B de refroidissement des gaz d'alimentation et des gaz d'échappement soient montés en série forme un bon compromis quant aux divers débits d'eau pour assurer des échanges thermiques de qualité. En l'espèce, le refroidisseur des gaz d'échappement 8b reçoit un débit d'eau maximal, puisqu'il est monté en série, ce qui réduit les risques d'ébullition. Les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 reçoivent un débit moindre, puisque le flux d'eau est réparti entre eux; ceci n'est pas problématique, car un flux important n'est pas nécessaire à leur fonctionnement. De surcroît, et en tout état de cause, le débit global nécessaire est moins élevé que clans les configurations de l'art antérieur où tous les refroidisseurs sont mis en parallèle les uns des autres, tandis que les pertes de charge du liquide de refroidissement sont moins importantes que si tous les refroidisseurs sont mis série: la pompe peut ainsi être de dimensions plus modestes et donc de moindre coût. Il s'agit donc d'un bon compromis, permettant d'obtenir de bons échanges thermiques au niveau des divers échangeurs 5., 7, 8b.
Sur la figure 3 est représentée l'architecture des circuits d'alimentation et d'échappement de gaz d'un moteur avec une voie de recirculation haute pression et une voie de recirculation basse pression. Les références utilisées pour les éléments du circuit de la figure 3 de structure ou fonction identique, équivalente ou similaire à celles des éléments du circuit de la figure 1 sont les mêmes, pour simplifier la description.
Ainsi, les circuits d'alimentation 1 et d'échappement 1' de gaz du moteur comportent une canalisation 3 d'admission de gaz, un premier turbocompresseur 4, avec un compresseur 4a et une turbine 4b, un premier refroidisseur des gaz d'alimentation 5, un deuxième turbocompresseur 6, avec un compresseur 6a et une turbine 6b, un deuxième refroidisseur des gaz d'alimentation 7 en sortie duquel le débit est régulé par une vanne 9, une voie 8 de recirculation des gaz haute pression, avec un premier refroidisseur des gaz d'échappement 8b (haute pression), dans laquelle le débit est régulé par une vanne 8a, une chambre de combustion 2, un filtre à particule 11 et des canalisations d'échappement 10, 12.
Le circuit 1' d'échappement comporte par ailleurs une voie 16 de recirculation des gaz d'échappement basse pression, comportant une première vanne 16a de régulation du débit des gaz d'échappement dans la voie de recirculation basse pression 16, un deuxième refroidisseur 16b des gaz d'échappement (basse pression), une canalisation 16c de contournement du refroidisseur 16b et une deuxième vanne 16d de régulation du débit dans la canalisation de contournement 16e; en l'espèce, cette deuxième vanne 16d est une vanne du type dit "trois voies", c'est-à-dire débouchant dans une canalisation d'entrée et deux canalisations de sortie dans lesquelles elle régule le débit. Une troisième vanne 16e de régulation du débit des gaz d'échappement non recirculés est également prévue dans la canalisation d'échappement 12.
La voie 16 de recirculation des gaz d'échappement basse pression permet de réinjecter des gaz d'échappement, prélevés dans la canalisation d'échappement 12 en aval de la première turbine 4b, dans la canalisation 3 d'admission des gaz en amont du premier compresseur 4a.
Le circuit de refroidissement 13 comporte un ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation, comprenant le premier et le deuxième refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7, et un ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement, comprenant le premier et le deuxième refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b. Il comporte par ailleurs une pompe 15 entraînant le fluide de refroidissement en mouvement dans le circuit de refroidissement 13.
Autrement dit, lorsqu'on fait circuler le fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement 13, ce dernier passe, après sa sortie du radiateur 14 et passage par la pompe 15, d'abord dans l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation, puis dans l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement. En encore d'autre termes, l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation est placé en amont, dans le sens de circulation du fluide de refroidissement, de l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement recirculés.35 Deux formes de réalisation du circuit de refroidissement 13 du moteur de la figure 3 vont être décrites. De nouveau, et par souci de simplification, les mêmes références que pour la description des figures 1 et 2 vont être utilisées.
Selon une première forme de réalisation, les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 sont branchés en parallèle l'un par rapport à l'autre et: les refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b sont branchés en série l'un par rapport à l'autre, l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement étant branchés en série par rapport à l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation.
Selon une deuxième forme de réalisation, les refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 sont branchés en parallèle l'un par rapport à l'autre et les refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b sont branchés en parallèle l'un par rapport à l'autre, l'ensemble B de refroidissement des gaz d'échappement étant branché en série par rapport à l'ensemble A de refroidissement des gaz d'alimentation.
La première forme de réalisation (refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b en série) est préférée car le débit est maximal dans chacun des refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b. On peut néanmoins envisager la deuxième forme de réalisation pour des structures particulières où il est suffisant que l'ensemble B des refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b soit en série par rapport à l'ensemble A des refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7, même si les refroidisseurs (5. 7), (8b, 16b) sont en parallèle les uns par rapport aux autres au sein de chaque groupe A, B, et ce sans que cela pose de problèmes d'ébullition dans lesdits refroidisseurs des gaz d'échappement.
Dans le cas de la première forme de réalisation, le refroidisseur des gaz d'échappement haute pression 8b est ici placé en amont du refroidisseur des gaz d'échappement basse pression 16b: ce sont ainsi les gaz d'échappement haute pression qui échangent de la chaleur avec l'eau glycolée la plus froide et pour lesquels le refroidissement est le plus efficace; on peut considérer que le fait que cet échange soit moins bon avec les gaz d'échappement basse pression est moins important car ces mêmes gaz sont amenés à s'écouler subséquemment au travers des refroidisseurs des gaz d'alimentation 5, 7 et donc à être de nouveau refroidis. Le refroidisseur des gaz d'échappement basse pression 16b peut également être placé en amont du refroidisseur des gaz d'échappement haute pression 8b (forme de réalisation non représentée): un tel placement présente l'avantage que le refroidissement des gaz d'échappement basse pression est amélioré, ce qui augmente le rendement des compresseurs 4a, 6a et donc les performances du moteur 1.
L'invention a été présentée en relation avec un circuit d'alimentation en gaz du moteur avec deux compresseurs 4a, 6a (et donc cieux refroidisseurs des gaz d'alimentation .5, 7) et un circuit d'échappement des gaz avec une ou deux voies de recirculation 8, 16 (et donc un ou deux refroidisseurs des gaz d'échappement 8b, 16b), mais il va de soi qu'elle s'étend à d'autres configurations. tant que le principe de la mise en parallèle des refroidisseurs des gaz d'alimentation entre eux et la mise en série des ensembles de refroidissement des gaz d'alimentation et des gaz d'échappement est respecté. En particulier, on peul envisager qu'un refroidisseur d'huile soit ajouté (en série ou en parallèle) dans le circuit de refroidissement, ou encore que les circuits d'alimentation et d'échappement des gaz comportent un plus grand nombre de refroidisseurs des gaz d'alimentation et/ou des gaz d'échappement. Par ailleurs, dans le cas d'un moteur avec une voie de recirculation basse pression, il peut ne pas y avoir de voie de recirculation haute pression, ou encore il peut y avoir une voie de recirculation haute pression mais qui n'est pas refroidie.
Des vannes pilotées peuvent être prévues pour contrôler le débit d'eau glycolée dans les diverses canalisations du circuit de refroidissement.
25 L'invention a été présentée en référence à des turbocompresseurs, mais la compression des gaz d'alimentation peut être obtenue par d'autres moyens, par exemple des compresseurs mécaniques ou électriques. Les différents étages de compression des gaz d'alimentation peuvent comporter des moyens de 30 compression différents.
Claims (6)
- Revendications1- Circuit de refroidissement (13) basse température des gaz des circuits d'alimentation (1) en gaz et de recirculation (8) des gaz d'échappement d'un moteur thermique à combustion interne, comprenant un premier ensemble (A) de: refroidissement des gaz d'alimentation et un deuxième ensemble (B) de refroidissement des gaz d'échappement recirculés, caractérisé par le fait que le premier ensemble de refroidissement (A) comprend au moins deux refroidisseurs (5, 7) branchés en parallèle et les deux ensembles de refroidissement (A, B) sont branchés en série.
- 2- Circuit selon la revendication 1 dans lequel, le circuit comportant un radiateur (14) de refroidissement d'un fluide de refroidissement, et dans leque][ l'ensemble (A) de refroidissement des gaz d'alimentation est placé en amont, dans le sens de circulation dudit fluide de refroidissement, de l'ensemble (B) de refroidissement des gaz d'échappement recirculés.
- 3- Circuit selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'ensemble (B) de refroidissement des gaz d'échappement recirculés comporte un unique 20 refroidisseur (8b).
- 4- Circuit selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l'ensemble (B) de refroidissement des gaz d'échappement recirculés comporte au moins deux refroidisseurs (8b, 16b).
- 5- Circuit selon la revendication 4, dans lequel les refroidisseurs des gaz d'échappement recirculés (81), 16b) sont branchés en série.
- 6- Ensemble d'un circuit (1) d'alimentation en gaz d'un moteur 30 thermique à combustion interne, d'un circuit (8) de recirculation des gaz d'échappement du moteur et d'un circuit de refroidissement (13) des gaz des circuits d'alimentation et de recirculation, dans lequel le circuit de refroidissement (13) comprend les caractéristiques du circuit de refroidissement de l'une des revendications 1 à 5. 25 35
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