FR2929698A3

FR2929698A3 - Exhaust gas recirculation exchanger fouling limiting device for supercharged diesel engine of motor vehicle, has scrapers arranged in exhaust gas circulation duct for scraping inner surface of duct under effect of circulation of gas in duct

Info

Publication number: FR2929698A3
Application number: FR0852198A
Authority: FR
Inventors: Pascal Barbier; Mohamed Hajila
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-09

Abstract

The device has scrapers (31) arranged in an exhaust gas circulation duct (29) for scraping or striking an inner surface (29a) of the duct under an effect of circulation of exhaust gas in the duct. The scrapers are movably mounted along the interior of the duct, and are movable with a bypass control valve (33). The valve distributes the gas between the circulation duct and an additional duct (35) that is arranged exterior to an exhaust gas recirculation exchanger (7). An independent claim is also included for a method for limiting fouling of an exhaust gas recirculation exchanger.

Description

Le domaine de la dépollution, de préférence sur les moteurs diesel, est ici concerné. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de polluants des véhicules automobiles, des dispositifs de plus en plus complexes sont élaborés. La présente invention concerne les dispositifs de recirculation des gaz d'échappement, appelés gaz recirculés ou EGR (pour exhaust gaz recirculation) et plus particulièrement les dispositifs EGR qui comportent un refroidisseur de gaz EGR appelé plus communément échangeur EGR. Pour améliorer la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, on a recours à la recirculation des gaz d'échappement dans l'admission, ce qui est effectué par les circuits EGR. De plus, l'emploi de refroidisseurs spécifiques pour ces gaz permet d'augmenter encore cette dépollution. L'échangeur EGR a pour but de refroidir les gaz d'échappement redirigés vers l'admission du moteur. Or, comme les gaz d'échappement sont prélevés en amont des systèmes de post traitement, ils sont chargés en HC (hydrocarbures) et en particules issues de la combustion. Lorsque les gaz d'échappement sont refroidis, les HC se condensent et les particules s'accumulent dans l'échangeur. L'échangeur s'encrasse alors pendant l'utilisation des gaz EGR. Notons que le circuit de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission du moteur a été mis en place pour réduire les émissions polluantes du moteur. The field of depollution, preferably on diesel engines, is concerned here. In order to meet the lower thresholds for pollutant emissions from motor vehicles, more and more complex devices are being developed. The present invention relates to exhaust gas recirculation devices, called recirculated gas or EGR (exhaust gas recirculation) and more particularly the EGR devices which comprise an EGR gas cooler more commonly called EGR exchanger. To improve the decontamination of the exhaust gas of an internal combustion engine, exhaust gas recirculation is used in the intake, which is done by the EGR circuits. Moreover, the use of specific coolers for these gases makes it possible to further increase this depollution. The purpose of the EGR exchanger is to cool the exhaust gases redirected to the engine intake. However, since the exhaust gases are taken upstream of the aftertreatment systems, they are loaded with HC (hydrocarbons) and particles from combustion. When the exhaust gases are cooled, the HCs condense and the particles accumulate in the exchanger. The exchanger becomes dirty during use of the EGR gas. Note that the exhaust gas recirculation circuit to the engine intake has been put in place to reduce the polluting emissions of the engine.

Or, l'encrassement de l'échangeur peut diminuer l'effet escompté du circuit EGR, voire le supprimer s'il se bouche. Cela entraîne donc des problèmes de pollution et des difficultés de pilotage du circuit EGR. Un but de l'invention est d'améliorer cette situation en proposant une solution simple et fiable. However, the clogging of the exchanger can reduce the expected effect of the EGR circuit, or even remove it if it clogs. This therefore causes pollution problems and difficulties in controlling the EGR circuit. An object of the invention is to improve this situation by proposing a simple and reliable solution.

Est ainsi proposé un dispositif pour limiter l'encrassement d'un échangeur EGR comprenant au moins un conduit de circulation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne où des moyens racleurs sont disposés dans ce conduit pour en racler la surface interne. Is thus proposed a device for limiting the fouling of an EGR exchanger comprising at least one exhaust gas flow duct of an internal combustion engine where scraper means are disposed in this duct to scrape the inner surface.

Sont également proposés un échangeur EGR comprenant un tel dispositif de limitation d'encrassement, un dispositif de recirculation de ces gaz d'échappement disposé entre l'échappement et l'admission du moteur, ainsi qu'un procédé pour limiter ledit encrassement, en recourant à un raclage interne du conduit précité pour en détacher les dépôts accumulés par ladite circulation des gaz d'échappement. Ces caractéristiques et d'autres vont être présentés plus en détails ci-après dans le cadre de quelques exemples illustrés par les dessins annexés où: - la figure 1 est un schéma d'exemple de moteur à combustion interne pourvu d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement, - la figure 2 montre un schéma d'encrassement d'un 25 échangeur EGR, - la figure 3 montre un schéma de mécanisme pour décrasser, ou limiter l'encrassement de l'échangeur EGR, - la figure 4 est une variante de la solution de la figure 3 schématisant un échangeur avec ressort, 30 - et la figure 5 schématise un moyen racleur en forme de chainette allongée. Also provided are an EGR exchanger comprising such a fouling limitation device, a device for recirculating these exhaust gases arranged between the exhaust and the engine intake, and a method for limiting said fouling, by using internal scraping of the aforementioned conduit to detach accumulated deposits by said circulation of exhaust gas. These and other features will be presented in more detail below in the context of a few examples illustrated by the accompanying drawings in which: FIG. 1 is an exemplary diagram of an internal combustion engine provided with a recirculation device; 2 shows a fouling diagram of an EGR exchanger; FIG. 3 shows a mechanism diagram for unclogging or limiting the fouling of the EGR exchanger; FIG. 4 is a variant of the solution of Figure 3 schematically an exchanger with spring, - and Figure 5 shows schematically an elongated chain-shaped scraper means.

Figure 1, les gaz issus de l'échappement 1 du moteur à combustion interne 3 peuvent être collectés dans la tubulure 5 pour, après être passés dans l'échangeur (ou refroidisseur) EGR 7, être plus ou moins mélangés à de l'air d'admission issu de la tubulure 9 provenant du filtre à air 11, après passage dans le compresseur 13 du turbocompresseur. Avant introduction dans l'admission 21 du moteur 3, des vannes 17, 19 contrôlent la circulation de l'air d'admission et des gaz d'échappement vers cette admission, ainsi que leur possible mélange. Comme schématisé, et de manière tout à fait conventionnelle, l'admission 21 et l'échappement 1 communiquent avec les chambres de combustion 22 du moteur. Etant donné que le moteur schématisé est un moteur diesel suralimenté, un refroidisseur d'air de suralimentation généralement dénommé par son sigle RAS 15 est interposé, sur la tubulure 9, entre le compresseur 13 et la vanne 17. On voit qu'une partie des gaz issus de l'échappement 1 peut être non recyclée et donc évacuée vers l'extérieur après passage à travers un conduit de turbine 23 menant à la turbine 25 montée sur l'arbre du compresseur 13, puis le dispositif de post-traitement 27, tel un pot catalytique. Comme montré figure 2, l'échangeur EGR 7 a tendance à s'encrasser, du fait en particulier que, lors du refroidissement des gaz d'échappement dans l'échangeur, via le circuit de refroidissement d'eau 25 (entrée 25a/sortie 25b), les HC se condensent et les particules nocives s'accumulent. Typiquement, comme schématisé, cet encrassement forme une croûte solide 27 qui se fixe à la surface interne 29a du/des conduits 29 de l'échangeur où circulent les gaz d'échappement (gaz EGR). 1, the gases from the exhaust 1 of the internal combustion engine 3 can be collected in the tubing 5, after being passed through the exchanger (or cooler) EGR 7, be more or less mixed with air intake from the tubing 9 from the air filter 11 after passing through the compressor 13 of the turbocharger. Before introduction into the intake 21 of the engine 3, the valves 17, 19 control the circulation of the intake air and the exhaust gases to this admission, as well as their possible mixing. As schematically, and quite conventionally, the inlet 21 and the exhaust 1 communicate with the combustion chambers 22 of the engine. Given that the schematized engine is a supercharged diesel engine, a charge air cooler generally known by its acronym RAS 15 is interposed on the tubing 9, between the compressor 13 and the valve 17. It is seen that part of gas from the exhaust 1 may be non-recycled and thus discharged to the outside after passing through a turbine duct 23 leading to the turbine 25 mounted on the compressor shaft 13, then the after-treatment device 27, like a catalytic converter. As shown in FIG. 2, the EGR exchanger 7 tends to become fouled, in particular because, during the cooling of the exhaust gases in the exchanger, via the water cooling circuit 25 (inlet 25a / outlet 25b), the HCs condense and the harmful particles accumulate. Typically, as shown schematically, this fouling forms a solid crust 27 which is fixed to the inner surface 29a of the duct 29 of the exchanger where the exhaust gas circulates (EGR gas).

En disposant, comme montré figures 2 et suivantes, des moyens racleurs 31 dans ce/chaque conduit 29 pour en racler la surface interne et faire partir avec les flux de gaz d'échappement ces dépôts détachés de la paroi 29a, on doit limiter un tel encrassement. By arranging, as shown in FIG. 2 and following, scraper means 31 in this / each duct 29 to scrape the inner surface thereof and make the exhaust gas flows leave these deposits detached from the wall 29a, it is necessary to limit such fouling.

L'action de ces moyens racleurs 31 est (d'abord) mécanique. Ils vont agir par contact avec les dépôts d'encrassement, pour les détacher de la paroi. De façon pratique, on conseille que les moyens racleurs 31 soient montés dans le/chaque conduit 29 pour battre ou vibrer contre ladite surface interne 29a, sous l'effet de la circulation des gaz dans le conduit. En particulier figure 3, les moyens racleurs 31 sont montés déplaçables le long de l'intérieur du/des conduit(s) 29 schématisés. The action of these scraper means 31 is (first) mechanical. They will act by contact with the fouling deposits, to detach them from the wall. In practice, it is recommended that the scraper means 31 be mounted in the / each duct 29 to beat or vibrate against said inner surface 29a, under the effect of the flow of gas in the duct. In particular Figure 3, the scraper means 31 are movably mounted along the inside of the duct (s) 29 schematically.

Ainsi, ils sont chacun animés d'un mouvement de translation, ou de déplacement axial, sensiblement suivant l'axe longitudinal 290 du conduit 29 concerné. Plus précisément, ces moyens racleurs 31 sont ici montés sur, et mobiles avec, une vanne de dérivation 33 qui, en amont du/des conduit(s) 29, permet d'envoyer partiellement ou totalement le flux de gaz dans une direction ou dans une autre: cette vanne 33 répartit, en entrée (ou en amont) de l'échangeur 7, les gaz entre le/chaque conduit 29 de circulation des gaz d'échappement de l'échangeur EGR et au moins un conduit annexe de dérivation 35. Thus, they are each driven by a translation movement, or axial movement substantially along the longitudinal axis 290 of the conduit 29 concerned. More precisely, these scraper means 31 are here mounted on and movable with a bypass valve 33 which, upstream of the duct (s) 29, makes it possible to send the gas flow partially or totally in one direction or in one direction. another: this valve 33 distributes, at the inlet (or upstream) of the exchanger 7, the gas between the / each conduit 29 for circulating the exhaust gas of the EGR exchanger and at least one branch branch duct 35 .

Ce conduit 35 est annexe en ce que les gaz recyclés (EGR) n'y sont pas refroidis par le système d'échange thermique 25 de l'échangeur. Il est donc considéré comme extérieur à l'échangeur EGR 7. This duct 35 is attached in that the recycled gases (EGR) are not cooled by the heat exchange system 25 of the exchanger. It is therefore considered to be outside the EGR exchanger 7.

Notamment en liaison avec cette vanne de dérivation 33, et comme montré figure 3, une solution intéressante consiste à réaliser les moyens racleurs 31 de manière qu'ils comprennent au moins un élément allongé torsadé 37. In particular, in connection with this bypass valve 33, and as shown in FIG. 3, an interesting solution consists in producing the scraper means 31 so that they comprise at least one twisted elongated element 37.

Le/chaque élément torsadé 37 est d'une section proche de la section interne du conduit où il est engagé. Les méandres présents sur cet élément allongé vont le faire venir d'endroits en endroits en contact avec la surface interne 29a du/de chaque conduit 29 à l'intérieur duquel il est engagé. Les vibrations de l'élément sous l'effet de la circulation des gaz dans le conduit vont naturellement créer cela. Réaliser chaque élément allongé 31 en métal résistant à la chaleur et à l'agressivité chimique des 20 gaz est approprié. En alternative à l'élément allongé torsadé 37, le/chaque moyen racleur peut consister avantageusement en une chaînette 39, telle que schématisée figure 5. Un élément allongé comme un câble non torsadé pourrait aussi 25 convenir. Une autre solution pertinente consiste à utiliser comme moyens racleurs, tel que schématisé figure 4, au moins un ressort spiralé 41 qui va varier en longueur en fonction des efforts subis du fait des gaz en circulation 30 et ainsi gratter la paroi 29a. Appliquée au montage de la figure 3, chacune de ces solutions revient à lier le déplacement du moyen racleur considéré à la position de la vanne de dérivation 33 : le déplacement angulaire de cette vanne fait se déplacer le/chaque moyen racleur le long de la surface interne 29a du/de chaque conduit 29. The / each twisted element 37 is of a section close to the internal section of the duct where it is engaged. The meanders present on this elongate member will come from places in places in contact with the inner surface 29a of / each conduit 29 within which it is engaged. The vibrations of the element under the effect of the flow of gases in the conduit will naturally create that. Achieving each elongate member 31 of metal resistant to the heat and chemical aggressiveness of the gases is appropriate. As an alternative to the elongate twisted element 37, the / each scraping means may advantageously consist of a chain 39, as shown schematically in FIG. 5. An elongated element such as a non-twisted cable could also be suitable. Another relevant solution is to use as wiper means, as shown schematically in Figure 4, at least one spiral spring 41 which will vary in length depending on the forces experienced by the circulating gas 30 and thus scrape the wall 29a. Applied to the assembly of FIG. 3, each of these solutions amounts to linking the displacement of the wiper means considered to the position of the bypass valve 33: the angular displacement of this valve makes the / each scraper means move along the surface internal 29a of / each conduit 29.

Ainsi, en faisant varier le taux d'EGR passant dans l'échangeur 7, on fera bouger la vanne 33 qui fera racler les moyens racleurs 31 contre la paroi interne 29a concernée. Pour cela, figure 3, on a fixé une extrémité du moyen racleur considéré -il s'agit dans l'exemple de l'élément torsadé 37- à un actionneur mécanique 42 fixé à la vanne 33 : ici un peigne 43 lié à la vanne par une articulation 45. Toujours figure 3, l'autre extrémité 37a du moyen 15 racleur est libre de mouvement. On pourrait choisir de la rendre fixe en la fixant dans le conduit 29 concerné, à sa paroi. La chaînette 39 de la figure 5 (ou le câble) pourrait être fixé(e), uniquement à un bout, à 20 l'actionneur mécanique 42 pour battre dans le conduit l'élément sous l'effet de la circulation des gaz, comme montré figure 3 où les moyens racleurs sont donc attachés à l'intérieur du/de chaque conduit de l'échangeur. Figure 4, le moyen racleur est au contraire 25 disposé librement, sans fixation, le long de l'intérieur du conduit : l'élément allongé 41 en forme de ressort spiralé a été simplement glissé dans le conduit 29 schématisé et y coulisse librement au contact de sa paroi interne 29a.Thus, by varying the rate of EGR passing through the exchanger 7, it will move the valve 33 which will scrape the scraping means 31 against the inner wall 29a concerned. For this, FIG. 3, an end of the scraper means considered is attached - it is in the example of the twisted element 37 - to a mechanical actuator 42 fixed to the valve 33: here a comb 43 connected to the valve by a joint 45. Still Figure 3, the other end 37a of the scraper means 15 is free movement. One could choose to make it fixed by fixing it in the conduit 29 concerned, its wall. The chain 39 of FIG. 5 (or the cable) could be fastened, only at one end, to the mechanical actuator 42 to beat the element in the conduit under the effect of the circulation of the gases, as shown in Figure 3 where the scraper means are attached to the inside of / each conduit of the exchanger. 4, on the contrary, the wiper means is freely arranged, without fixation, along the inside of the duct: the elongated element 41 in the form of a spiral spring has simply been slid into the duct 29 schematized and slides freely therein in contact of its inner wall 29a.

30 On peut donc choisir, suivant les moyens racleurs retenus et la configuration rencontrée, de disposer lesdits moyens racleurs 31 attachés ou non à l'intérieur du/de chaque conduit de l'échangeur 7. Des butées peuvent limiter les déplacements extrêmes des moyens 31. Compte tenu de ce qui précède et des explications et représentations fournies pour les figures précitées, on a compris que l'échangeur EGR 7 de la figure 1 est ici prévu pour comprendre l'un au moins des dispositifs de limitation d'encrassement qui viennent d'être présentés, de même pour le dispositif de recirculation des gaz d'échappement du moteur 3 schématisé sur cette même figure 1 et établi donc entre l'échappement 1 et l'admission 21 de ce moteur. Concernant maintenant la manière d'opérer pour limiter l'encrassement d'un échangeur EGR, ce qui précède a permis de comprendre que la solution ici proposée passe par un raclage de la surface interne 29a du/de chaque conduit 29 de cet échangeur pour en détacher les dépôts accumulés par la circulation des gaz d'échappement. Ainsi recyclés et refroidis dans l'échangeur EGR ces gaz vont en outre emporter avec eux vers l'admission 21 une partie de la croûte 27 préalablement créée. Thus, depending on the scraper means selected and the configuration encountered, it is possible to have said scraper means 31 attached or not attached to the interior of the / of each duct of the exchanger 7. Stops can limit the extreme displacements of the means 31 Given the foregoing and the explanations and representations provided for the above figures, it is understood that the EGR exchanger 7 of Figure 1 is here provided to include at least one of the fouling limitation devices that come to be presented, the same for the engine exhaust gas recirculation device 3 schematically in this same Figure 1 and established between the exhaust 1 and the intake 21 of the engine. Concerning now how to operate to limit the fouling of an EGR exchanger, the foregoing has made it clear that the solution proposed here passes by a scraping of the inner surface 29a of / each duct 29 of this exchanger to detach the accumulated deposits by the circulation of the exhaust gases. Thus recycled and cooled in the EGR exchanger these gases will further take with them to the inlet 21 part of the crust 27 previously created.

Claims

REVENDICATIONS1. Device for limiting the fouling of an EGR exchanger (7) comprising at least one duct (29) for the circulation of the exhaust gases of an internal combustion engine (3), characterized in that it comprises scraper means (31) arranged in this duct (29) to scrape the inner surface (29a).

2. Device according to claim 1, characterized in that the scraper means (31) are mounted in the duct (29) to beat against said inner surface (29a) under the effect of the flow of gases in the duct (29) .

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the scraper means (31) are movably mounted along the inside of said duct (29).

4. Device according to claim 3, characterized in that the scraper means (31) are mounted on and movable with a bypass valve (33) which distributes the gas between said duct (29) of the exhaust gas circulation. the EGR exchanger (7) and an external duct (35) outside the EGR exchanger (7). 25

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the scraper means (31) comprise at least one elongate twisted element (37), or at least one chain (39) or a cable, or at least one spiral spring (41). 30

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the scraper means (31) are arranged freely without fixing along the inside of the duct (29).

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the scraper means (31) are arranged attached to the inside of the duct (29).

8. EGR exchanger (7) comprising the device according to one of the preceding claims.

9. Exhaust gas recirculation device (1) of an internal combustion engine (3), between the exhaust (1) and the inlet (21) of this engine (3), the device comprising the exchanger (7) according to claim 8.

Method for limiting the fouling of an EGR exchanger (7) comprising at least one circulation duct (29) for the exhaust gases of an internal combustion engine (3), characterized in that the internal surface (29a) of said duct (29) to detach the accumulated deposits by the circulation of the exhaust gas.