FR2936023A1 - Systeme d'evacuation de produits de condensation formes dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur d'un vehicule automobile et procede de gestion d'un tel systeme - Google Patents

Systeme d'evacuation de produits de condensation formes dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur d'un vehicule automobile et procede de gestion d'un tel systeme Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un système d'évacuation de produits de condensation formés dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur de véhicule automobile. Selon l'invention, ledit système comprend un réceptacle (54) de récupération des produits de condensation formés, un détecteur (60) de niveau desdits produits de condensation dans ledit réceptacle, un moyen (55) d'évacuation des produits de condensation hors du réceptacle (54), et un module (61) de commande apte à commander ledit moyen d'évacuation en fonction, au moins, du niveau détecté par ledit détecteur (60) de niveau. L'invention concerne aussi un procédé de gestion du système d'évacuation des condensats. Application notamment aux refroidisseurs d'air de suralimentation des moteurs turbocompressés.

Description

SYSTEME D'EVACUATION DE PRODUITS DE CONDENSATION FORMES DANS UN CIRCUIT D'ALIMENTATION EN AIR D'UN MOTEUR D'UN VEHICULE AUTOMOBILE ET PROCEDE DE GESTION D'UN TEL SYSTEME La présente invention concerne un système d'évacuation de produits de condensation formés dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur de véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles dans lesquels l'air d'admission est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur. Afin d'augmenter la densité de l'air à l'admission d'un moteur turbocompressé, il est connu de refroidir l'air de suralimentation sortant du compresseur au moyen d'un échangeur de chaleur appelé refroidisseur d'air io de suralimentation, ou RAS en abrégé (ou encore CAC pour Charge Air Cooler en anglais). Ce refroidisseur d'air de suralimentation utilise comme fluide caloporteur l'air ou un liquide de refroidissement comme de l'eau glycolée. Un exemple typique de refroidisseur pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est un échangeur de chaleur dont le corps de 15 refroidissement est constitué par un faisceau de tubes parallèles refroidis par un courant d'air extérieur par exemple, et à l'intérieur desquels circulent les gaz à refroidir. On sait par ailleurs que la plupart des moteurs à combustion interne, et plus spécialement les moteurs diesel et les moteurs à injection directe, 20 produisent des oxydes d'azote, désignés ensemble NOx, dont les effets sur l'environnement sont particulièrement néfastes. Un moyen connu pour limiter la production d'oxydes d'azote consiste à recycler les gaz d'échappement. Selon cette technique, appelée EGR pour Exhaust Gas Recirculation , au moins une partie des gaz d'échappement 25 formés est prélevée sur le collecteur d'échappement et mélangée à l'air frais d'admission en amont du répartiteur d'admission. Ce mélange est alors introduit dans la chambre de combustion du moteur. La présence de gaz d'échappement dans le mélange gazeux a pour effet de diminuer la température de combustion dans la chambre et, comme la formation des NOx est fortement dépendante de la température, on comprend que la mise en recirculation des gaz d'échappement contribue à réduire la quantité d'oxydes d'azote formés. Pour assurer un remplissage correct des cylindres et protéger les composants de la ligne d'admission, les gaz d'échappement recirculés sont io généralement refroidis à l'aide d'échangeurs désignés sous le terme de refroidisseur de gaz recirculés ou EGRc pour EGR cooler . De manière à réinjecter dans le circuit d'admission dés gaz EGR propres et froids dans les moteurs suralimentés, il est, par exemple, connu de prélever ces gaz à basse pression (LP) en aval de la turbine et, de préférence, 15 en aval du filtre à particules, de les refroidir dans un échangeur à eau désigné alors LP EGRc, et de les réinjecter en amont du compresseur. Ainsi, les gaz EGR après refroidissement dans l'échangeur LP EGRc sont introduits dans la ligne d'admission en amont du compresseur et traversent donc le refroidisseur d'air de suralimentation. 20 Du fait qu'ils sont constitués en partie par de l'eau, sous forme vapeur ou liquide, et par des composés acides, les gaz EGR en se condensant dans l'échangeur LP EGRc et dans le refroidisseur d'air de suralimentation produisent des condensats acides qui peuvent, d'une part, endommager les pièces mobiles situées sur la ligne d'admission, comme des vannes et le 25 compresseur par exemple, et, d'autre part, réduire les performances du refroidisseur d'air de suralimentation et détériorer les matériaux qui le constituent. Une autre source de difficultés de même nature provient de la réinjection à l'admission de gaz créés dans le carter du moteur des gaz, 30 appelés gaz de carter ou gaz de blow by , provenant notamment de fuites au niveau de segments, depuis la chambre de combustion vers les volumes sous piston. Les gaz de carter sont composés : - de gaz de combustion, essentiellement de l'eau, du dioxyde de carbone et du diazote, - des gaz imbrûlés : air, carburant et diazote, - d'huile résiduelle après le passage des gaz à travers une chambre de 5 décantation. Afin d'éviter en particulier les risques de fuite vers l'extérieur et le rejet dans l'atmosphère d'hydrocarbures polluants, les gaz de blow by doivent être évacués à travers des circuits de récupération en boucle fermée fonctionnant par aspiration vers l'admission des gaz moteur afin d'être io consommés dans la chambre de combustion. Dans un moteur suralimenté, les gaz de blow by peuvent être réinjectés dans le circuit d'admission en amont du compresseur. Les gaz de blow by après décantation partielle d'huile peuvent donc être introduits, comme les gaz EGR, dans la ligne d'admission en amont du is compresseur et traversent donc le refroidisseur d'air de suralimentation. II en résulte que l'huile résiduelle, l'eau et le carburant contenus dans les gaz de blow by réinjectés à l'admission se déposent le long de la ligne d'admission par condensation ou par piégeage. Ces dépôts peuvent perturber et endommager les pièces en mouvement qui s'y trouvent, ainsi que réduire 20 l'efficacité thermique du refroidisseur d'air de suralimentation et même, comme les condensats acides des gaz EGR, détériorer les matériaux qui le composent. Enfin, il faut également remarquer que, dans des conditions climatiques froides, les condensats produits par les gaz EGR ainsi que les dépôts des gaz 25 de blow by peuvent geler et entraîner la casse du refroidisseur et/ou l'étouffement du moteur par obstruction du flux d'air. Aussi, le but de l'invention est de proposer une solution au problème technique de protéger les composants de la ligne d'admission depuis le compresseur jusqu'au répartiteur d'admission, y compris le refroidisseur d'air 30 de suralimentation, contre les produits de condensation, condensats acides des gaz EGR et/ou dépôts des gaz de blow by , qui pourraient affecter leurs performances et leur intégrité.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un système d'évacuation de produits de condensation formés dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur de véhicule automobile, remarquable en ce que ledit système comprend un réceptacle de récupération des produits de condensation formés, un détecteur de niveau desdits produits de condensation dans ledit réceptacle, un moyen d'évacuation des produits de condensation hors du réceptacle, et un module de commande apte à commander ledit moyen d'évacuation en fonction, au moins, du niveau détecté par ledit détecteur de niveau.
Ainsi, les produits de condensation, ou condensats, formés, par exemple, dans un échangeur de chaleur prévu sur ledit circuit sont recueillis, par exemple, par gravitation dans le réceptacle de récupération. Puis, lorsque le niveau des condensats dans le réceptacle atteint un seuil donné, le moyen d'évacuation est mis en fonctionnement par le module de commande de manière à évacuer les produits de condensation hors du réceptacle de récupération. En pratique, les condensats sont évacués vers le répartiteur d'admission ou, éventuellement, vers l'échappement du véhicule pour y être post-traités.
II peut se produire, cependant, que la réinjection des produits de condensation, à l'admission par exemple, ne soit pas recommandée lors de certaines phases de vie du moteur. Pour résoudre cette difficulté, un mode de réalisation de l'invention prévoit que le module de commande est également apte à commander le moyen d'évacuation en fonction d'informations concernant le fonctionnement du moteur. Deux exemples particuliers permettent d'apprécier l'avantage de cette disposition. Dans un premier exemple, ledit moteur comportant un filtre à particules, lesdites informations concernent la régénération dudit filtre à particules. Dans un deuxième exemple, ledit moteur comportant un piège d'oxydes d'azote, lesdites informations concernent la régénération dudit piège d'oxydes d'azote.
Ces deux composants, filtre à particules et piège à oxydes d'azote, exigent en effet des gaz d'échappement à très haute température, de l'ordre de 650°C, pour obtenir un rendement de régénération maximal. Or, l'injection de condensats dans les chambres de combustion a précisément le résultat inverse, à savoir celui de diminuer la température des gaz du fait qu'une partie de la chaleur présente dans les chambres est utilisée pour vaporiser les produits de condensation. On remarquera par ailleurs que le système d'évacuation conforme à l'invention fonctionne aussi bien en présence de gaz EGR seuls, de gaz de io blow by seuls, ou d'un mélange des deux types de gaz. Peuvent également être récupérés des condendats venant de l'air extérieur en cas de fonctionnement à forte humidité ambiante. Selon un mode de réalisation, ledit réceptacle est disposé dans une boîte de sortie d'un échangeur de chaleur. Il peut également être disposé en 15 n'importe quel point de la ligne d'admission, en particulier dans un point bas. Enfin, dans une application aux moteurs turbocompressés, ledit échangeur de chaleur est un refroidisseur d'air de suralimentation ou un refroidisseur de gaz d'échappement recirculés. L'invention concerne aussi un procédé de gestion d'un système 20 d'évacuation des condensats tel que décrit auparavant et dans lequel on commande le module de commande en fonction d'informations concernant le fonctionnement du moteur. Dans une variante de réalisation dans laquelle le système d'évacuation des condensats comporte en outre un filtre à particules, on commande le 25 module de commande en fonction d'informations concernant la régénération dudit filtre à particules. Dans encore une variante de réalisation dans laquelle ledit système d'évacuation des condensats comporte en outre un piège d'oxydes d'azote, on commande le module de commande en fonction d'informations concernent la 30 régénération dudit piège d'oxydes d'azote.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un circuit d'alimentation en air d'un moteur 5 de véhicule automobile comportant un système d'évacuation de produits de condensation conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation d'un système d'évacuation de produits de condensation conforme à l'invention. Sur la figure 1 est représenté un moteur 10 de véhicule automobile io comprenant, de façon classique, un répartiteur 11 d'admission, une chambre 12 de combustion et un collecteur 13 d'échappement. Le moteur 10 de la figure 1 fonctionne par suralimentation de l'air d'admission au moyen d'un turbocompresseur dont la turbine est placée sur la ligne 1 d'échappement, en amont du filtre 14 à particules. La turbine, is entraînée en rotation par la circulation des gaz d'échappement, entraîne à son tour un compresseur 22 placé sur la ligne 2 d'admission en aval du filtre 15 à air. La compression de l'air d'admission induite par le mouvement de rotation du compresseur 22 produit la suralimentation recherchée. Afin de limiter les inconvénients énoncés plus haut relativement à la 20 formation de gaz de Blow by dans le carter, le circuit de la figure 1 est équipé d'un circuit 3 de récupération des gaz de carter comprenant une chambre 31 de décantation de l'huile contenue dans ces gaz, et un conduit 32 de transfert des gaz ainsi décantés dans la ligne 2 d'admission, en amont du compresseur 22.
25 De même, les gaz d'échappement récupérés selon la technique dite EGR basse pression (LP EGR) sont prélevés sur la ligne 1 d'échappement préférentiellement en aval du filtre 14 à particules et injectés dans la ligne 2 d'admission en amont du compresseur 22 après avoir été refroidis à la traversée du refroidisseur de gaz d'échappement recirculés aussi appelé LP 30 EGRc 41 placé sur le conduit 42 du circuit 4 de récupération des gaz EGR. Comme le montre la figure 1, un refroidisseur 50 d'air de suralimentation (RAS) est disposé sur la ligne 2 d'admission en aval du compresseur 22. Ce refroidisseur d'air de suralimentation 50 est destiné à augmenter la densité de l'air d'admission à l'entrée du moteur 10. Afin de protéger les composants de la ligne 2 d'admission en aval du compresseur 22 contre les effets néfastes des produits de condensation, tels que les condensats acides des gaz EGR et les dépôts des gaz de blow by , pouvant entrer ou se former dans le refroidisseur d'air de suralimentation 50, il est prévu un système d'évacuation des produits de condensation vers le répartiteur 11 d'admission du moteur 10 via un conduit 56 d'évacuation. Les divers composants de ce système vont maintenant être décrits en io détail. Sur la figure 1, on peut voir que ledit système d'évacuation comprend un réceptacle 54 de récupération apte à récupérer les produits de condensation formés dans le circuit d'alimentation en air et plus particulièrement dans le refroidisseur d'air de suralimentation 50. is Selon le mode de réalisation de la figure 2, le réceptacle 54 est intégré à la boîte 53 de sortie du refroidisseur d'air de suralimentation 50, de préférence au fond de la boîte 53 de manière à pouvoir recueillir par gravitation les produits de condensation formés, le refroidisseur étant généralement situé en un point bas du système d'admission.
20 En pratique, le réceptacle 54 de récupération et le conduit 56 d'évacuation peuvent être moulés avec la boîte 53 de sortie. On notera dans l'exemple de la figure 2 que le refroidisseur d'air de suralimentation 50 comprend un corps 51 de refroidissement constitué, ici, par un faisceau de tubes refroidis par un agent caloporteur qui peut être l'air 25 extérieur ou un liquide de refroidissement. Le fluide à refroidir, ici l'air d'admission mélangé aux gaz EGR et/ou les gaz de blow by , circule dans les tubes 510 du faisceau entre une boîte 52 d'entrée et la boîte 53 de sortie. Comme le montre plus précisément la figure 2, le niveau des condensats dans le réceptacle 54 est fourni par un détecteur 60 de niveau 30 constitué, par exemple, par un dispositif à deux conducteurs placés dans le réceptacle à un niveau donné, défini comme critique. Ces conducteurs sont soumis à une différence de potentiel, de sorte que, lorsque le niveau des produits de condensation dans le réceptacle 54 atteint ce niveau critique, le circuit électrique, fermé par les condensats conducteurs, fournit un courant dont la détection indique que le niveau critique a été atteint. Cette information est transmise à un module 61 de commande d'un moyen d'évacuation, ici une pompe 55 d'évacuation placée sur le conduit 56. Les produits de condensation sont alors acheminés par pompage vers le répartiteur 11 d'admission ou vers d'autres organes du moteur où ils peuvent être traités, comme à l'échappement pour y recevoir un post-traitement. Notons que la détection du niveau critique peut être également effectuée par tout autre moyen connu, notamment le système consistant à io détecter la mise en butée à hauteur du niveau critique d'un flotteur disposé à la surface des condensats. Enfin, le module 61 de commande peut prendre en compte d'autres informations 62 que celle provenant du détecteur 60 de niveau. En particulier, le module 61 peut décider de ne pas commander la pompe 55 d'évacuation is même si le niveau critique a été atteint par les produits de condensation dans le réceptacle 54, ceci afin d'empêcher l'évacuation des condensats si cette dernière s'avère préjudiciable à d'autres opérations effectuées par le moteur. Parmi les informations 62 concernant le fonctionnement du moteur pouvant suspendre l'évacuation des produits de condensation, on peut citer 20 celles indiquant qu'une phase de régénération est en cours à l'échappement, comme la régénération du filtre 14 à particules ou la régénération d'un piège à oxydes d'azote. Ces opérations peuvent en effet être affectées par une diminution de la température des gaz d'échappement due à la vaporisation des condensats dans les chambres de combustion.
25 L'invention vient d'être décrite dans un mode de réalisation particulier où l'échangeur de chaleur considéré est un refroidisseur d'air de suralimentation. Il faut cependant souligner que ce choix n'a rien de limitatif et que l'invention s'applique de la même manière à tout type d'échangeur de chaleur susceptible de produire des condensats. 30

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1. Système d'évacuation de produits de condensation formés dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce que ledit système comprend un réceptacle (54) de récupération des produits de condensation formés, un détecteur (60) de niveau desdits produits de condensation dans ledit réceptacle, un moyen (55) d'évacuation des produits io de condensation hors du réceptacle (54), et un module (61) de commande apte à commander ledit moyen d'évacuation en fonction, au moins, du niveau détecté par ledit détecteur (60) de niveau.
  2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen d'évacuation est 15 une pompe (55) d'évacuation.
  3. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit réceptacle (54) est disposé dans une boîte (53) de sortie d'un échangeur (50) de chaleur.
  4. 4. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit échangeur de chaleur est un refroidisseur (50) d'air de suralimentation ou un refroidisseur de gaz d'échappement recirculés. 25
  5. 5. Procédé de gestion d'un système d'évacuation des condensats caractérisé en ce que ledit système d'évacuation des condensats est selon l'une des revendications 1 à 4 et en ce que on commande le module (61) de commande en fonction d'informations (62) concernant le fonctionnement du moteur. 30 6 Procédé de gestion d'un système d'évacuation des condensats selon la revendication 5, dans lequel on commande le module (61) de commande en fonction d'informations (62) concernant la régénération d'un filtre à 20 2936023 to particules (14) du circuit d'alimentation en air du moteur de véhicule automobile. 7. Procédé de gestion d'un système d'évacuation des condensats selon 5 la revendication 5 ou 6, dans lequel on commande le module (61) de commande en fonction d'informations (62) concernant la régénération d'un piège d'oxydes d'azote du circuit d'alimentation en air du moteur de véhicule automobile. to
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