FR2962164A1 - Dispositif de recirculation de gaz d'echappement d'un moteur de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de recirculation de gaz d'echappement d'un moteur de vehicule automobile Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur (1) de véhicule automobile, comprenant une première ligne de recirculation des gaz d'échappement (9), dite ligne EGR, un premier échangeur de chaleur (10), prévu sur ladite ligne EGR (9), pour assurer un refroidissement des gaz d'échappement recirculés, et des moyens (11) de traitement des gaz d'échappement, permettant de limiter le pH de condensats provenant desdits gaz. Lesdits moyens (11) de traitement sont prévus en amont dudit premier échangeur (10) selon le trajet des gaz d'échappement et ledit échangeur (10) comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium.

Description

La présente invention concerne un dispositif de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile. Elle trouvera ses applications, notamment, dans les motorisations diesel. Actuellement, pour réduire les émissions polluantes, il est connu de prélever une partie des gaz d'échappement du moteur pour les réinjecter dans le circuit d'admission en air du moteur. On appelle généralement ces gaz « EGR » (pour Exhaust Recirculated Gas, en anglais). Pour assurer un remplissage correct des cylindres et protéger les éléments de la ligne d'admission, les EGR sont refroidis à l'aide d'échangeurs, appelés échangeurs EGR. Du fait de la forte proportion en eau contenue dans les gaz recirculés, il apparait des phénomènes de condensation dans les échangeurs EGR. Cette condensation est de nature souvent acide et agressive, en particulier en raison de la mise en solution des hydrocarbures imbrûlés par le moteur et évacués dans la ligne d'échappement. II en résulte une attaque acide pour les composants de l'échangeur au contact des condensats. On peut d'ailleurs noter que cette acidité est d'autant plus élevée dans les lignes de recirculation de gaz d'échappement que, le long de ces lignes, les EGR ne sont pas encore mélangés avec d'autres gaz comme ils le seront dans la suite de leur trajet vers le moteur où ils seront mélangés avec de l'air extérieur, générant des condensats plus basiques. Pour limiter le risque relatif à l'acidité des condensats susceptibles d'apparaître dans les échangeurs EGR, il est généralement considéré comme nécessaire d'utiliser des échangeurs EGR en acier inoxydable. Ils peuvent également être en aluminium de fonderie avec de fortes épaisseurs matière. Ces solutions limitent les performances, notamment thermiques, des échangeurs et grèvent leur coût. L'invention se propose de pallier les inconvénients précités et a pour objet un dispositif de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile comprenant une première ligne de recirculation des gaz d'échappement, dite ligne EGR, un premier échangeur de chaleur, prévu sur ladite ligne EGR, pour assurer un refroidissement des gaz d'échappement recirculés, et des moyens de traitement des gaz d'échappement, permettant de limiter le pH de condensats provenant desdits gaz. Selon l'invention, lesdits moyens de traitement sont prévus en amont dudit premier échangeur selon le trajet des gaz d'échappement et ledit échangeur comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium. En prévoyant un tel dispositif de traitement, on s'est aperçue que l'on diminuait l'acidité des condensats susceptibles d'apparaître dans les échangeurs EGR, ceci avant que les EGR ne les traversent. Il est ainsi possible de prévoir des échangeurs EGR dont les composants n'ont plus à présenter des performances aussi élevées qu'auparavant contre la corrosion. Ils pourront de la sorte être optimisés en terme de performances thermiques et présenter un coût plus faible.
Selon différents modes de réalisation de l'invention : - ledit faisceau comprend des composants en aluminium et/ou alliage d'aluminium obtenus par laminage, - lesdits moyens de traitement des gaz d'échappement comprennent un catalyseur d'oxydation des gaz d'échappement, - ledit moteur comprenant une ligne d'échappement du moteur, et ladite ligne d'échappement comprenant une turbine, apte à être entrainée par lesdits gaz d'échappement, ladite première ligne EGR est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement en amont de ladite turbine, lesdits moyens de traitement étant localisés le long de ladite première ligne EGR, - ledit moteur comprenant une ligne d'échappement, et ladite ligne d'échappement comprenant une turbine, apte à être entrainée par lesdits gaz d'échappement, ladite première ligne EGR est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement en aval de ladite turbine, lesdits moyens de traitement étant prévus aptes à être localisés le long de ladite ligne d'échappement, notamment en aval de ladite turbine,
3 - ledit dispositif comprend en outre une seconde ligne de recirculation des gaz d'échappement, ladite seconde ligne EGR étant apte à communiquer avec la ligne d'échappement en amont de ladite turbine, - ledit dispositif comprend un second échangeur de chaleur, prévu sur ladite seconde ligne EGR pour refroidir les gaz d'échappement recirculés passant dans ladite seconde ligne, - ledit second échangeur comprenant un faisceau d'échange de chaleur réalisé en acier inoxydable, - lesdits moyens de traitement sont également prévus le long de ladite seconde ligne EGR, en amont dudit second échangeur, et ledit second échangeur comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium. L'invention concerne encore l'utilisation du dispositif tel que décrit plus haut avec des carburants d'origine végétale, du diesel standard européen et/ou des carburants issus du gaz et/ou du charbon. On a en effet constaté qu'avec ces carburants la diminution de l'acidité des condensats obtenue en employant le dispositif conforme à l'invention est d'autant plus efficace. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un premier exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 illustre de façon schématique un second exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention; - la figure 3 illustre de façon schématique un troisième exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Comme illustré aux différentes figures, l'invention s'applique, par exemple, à un moteur 1 de véhicule présentant une ligne d'admission en air 2 et/ou une ligne d'échappement 3. La ligne d'admission 2 permet d'alimenter le moteur en air d'admission, notamment en air frais. La ligne d'échappement 3 permet d'évacuer les gaz d'échappement générés par la combustion ayant lieu dans les chambres de combustion 4 du moteur, par réaction de l'air d'admission avec le carburant introduit dans les chambres. Le moteur comprend, par exemple, un collecteur d'admission 5, répartissant l'air d'admission provenant de la ligne d'admission 2 dans les chambres de combustion 4, et un collecteur d'échappement 5', collectant les gaz d'échappement en provenance des chambres de combustion 4 pour les diriger vers la ligne d'échappement 3. Il peut encore être prévu un turbo compresseur 6 permettant de comprimer l'air d'admission à partir de l'énergie cinétique des gaz d'échappement parcourant la ligne d'échappement 3. Ledit turbo compresseur comprend, par exemple, une turbine 7, apte à être entrainée par lesdits gaz d'échappement, et/ou un compresseur 8, entrainée par ladite turbine 7 et destinée à comprimer l'air d'admission parcourant la ligne d'admission 2. La turbine 7 est ainsi prévue au niveau de la ligne d'échappement 3 et le compresseur 8 est prévu au niveau de la ligne d'admission 2, la turbine 7 et le compresseur 8 étant liés mécaniquement l'un à l'autre pour l'entrainement du compresseur 8 par la turbine 7. La ligne d'admission 2 pourra comprendre un refroidisseur d'air de suralimentation 12, permettant de refroidir l'air d'alimentation qui la parcoure, avant son introduction dans le moteur 1. Ledit refroidisseur d'air d'alimentation 12 est prévu en aval du compresseur 8. La ligne d'échappement 3 pourra comprendre un filtre à particules 13 permettant de diminuer les émissions polluantes provenant des gaz d'échappement. Ledit filtre à particules 13 est prévu en aval de la turbine 7.
Le dispositif conforme à l'invention comprend une première ligne 9 de recirculation des gaz d'échappement, dite ligne EGR, et un premier échangeur de chaleur 10, prévu sur ladite ligne EGR, pour assurer un refroidissement des gaz d'échappement recirculés. Ladite ligne EGR débouche au niveau de la ligne d'admission 2. Le débit de gaz d'échappement recirculés et/ou d'air d'admission est assuré par l'intermédiaire de différentes vannes.
Ledit échangeur de chaleur 10 est, par exemple, un échangeur, dit à eau, permettant d'assurer un échange de chaleur entre un liquide de refroidissement, notamment de l'eau glycolée, provenant d'une boucle de refroidissement du véhicule, et les gaz d'échappement. L'échangeur comprend pour cela un faisceau d'échange de chaleur, non détaillé, définissant un premier circuit pour le liquide de refroidissement et un second circuit pour les gaz d'échappement recirculés, lesdits premiers et seconds circuit étant en relation d'échange thermique. Par faisceau d'échange de chaleur, on signifie ainsi, en particulier, l'ensemble des composants du faisceau étant en contact avec les gaz d'échappement traversant l'échangeur. Le dispositif conforme à l'invention comprend encore des moyens 11 de traitement des gaz d'échappement, permettant de limiter le pH de condensats provenant desdits gaz. Selon l'invention, lesdits moyens 11 de traitement sont prévus en amont dudit premier échangeur 10, selon le trajet des gaz d'échappement, et le faisceau d'échange de chaleur dudit échangeur est réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium. En effet, en prévoyant de tels moyens de traitement en aval, il n'est plus nécessaire de faire appel à des composants en acier inoxydable pour l'échangeur. On peut donc utiliser de l'aluminium, ce qui favorise l'obtention de performances thermiques améliorées et une diminution des coûts. On pourra en particulier utiliser des composants en aluminium et/ou alliage d'aluminium obtenus par laminage. Le faisceau de l'échangeur pourra de la sorte comprendre des plaques, réalisées avec un tel matériau, lesdites plaques étant empilées pour définir des lames de circulation des gaz d'échappement alternant avec des lames de circulation de liquide de refroidissement. Les moyens de traitement 11 des gaz d'échappement comprennent, par exemple, un catalyseur d'oxydation des gaz d'échappement, dit aussi catalyseur deux voies. Un tel catalyseur permet d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et eau.
Selon un premier mode de réalisation, illustrée à la figure 1, ladite première ligne EGR 9 est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement 3 en amont dudit compresseur 7. Lesdits moyens de traitement 11 sont alors localisés, par exemple, le long de ladite première ligne EGR 9. Dans ce mode, la ligne EGR débouche dans la ligne d'admission 2, par exemple, en aval compresseur 8, voir du refroidisseur d'air d'alimentation 12. Selon d'autres modes de réalisation, correspondants à ceux des figures 2 et 3, ladite première ligne EGR 9 est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement 3 en aval de ladite turbine 7, voir du filtre à particules 13. Lesdits moyens de traitement 11 sont alors localisés, par exemple, le long de ladite ligne d'échappement 3, notamment en aval de ladite turbine 7, par exemple en amont du filtre à particules 13. Dans une telle configuration, le catalyseur trois voies traite donc la totalité des gaz d'échappement ayant traversé la turbine 7. La ligne EGR 9 débouche dans ladite ligne d'admission, par exemple, en amont du compresseur 8. Selon une première variante, correspondant au mode de réalisation de la figure 2, il n'est pas prévu d'autre ligne EGR.
Selon d'autres variantes, il pourra être prévu une seconde ligne 14 de recirculation des gaz d'échappement. Ladite seconde ligne EGR est prévue apte à communiquer avec la ligne d'échappement 3 en amont de ladite turbine 7. Un second échangeur de chaleur 15 est prévu sur ladite seconde ligne EGR 14 pour refroidir les gaz d'échappement recirculés passant dans ladite seconde ligne 14. Cette dernière débouche dans la ligne d'admission, par exemple, en aval du compresseur 8, voir du refroidisseur d'air d'alimentation 12. Selon un premier exemple de mise en oeuvre, non illustré, ledit second échangeur 15 comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en acier inoxydable.
Selon un second exemple de mise en oeuvre, correspondant à la figure 3, il est également prévus des moyens de traitement 11, notamment un second catalyseur deux voies, le long de ladite seconde ligne EGR 14, en amont dudit second échangeur 15. Ledit échangeur 15 comprend alors un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium. L'invention concerne encore l'utilisation du dispositif décrit plus haut avec des carburants d'origine végétale, en particulier des carburant à base de d'huile de soja, de palme ou de graine de colza ou des carburants issus de la biomasse. II pourra encore s'agir du diesel standard européen, notamment d'un diesel présentant 10 ppmS, ou de carburants issus du gaz ou du charbon.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur (1) de véhicule automobile, comprenant une première ligne de recirculation des gaz d'échappement (9), dite ligne EGR, un premier échangeur de chaleur (10), prévu sur ladite ligne EGR (9), pour assurer un refroidissement des gaz d'échappement recirculés, et des moyens (11) de traitement des gaz d'échappement, permettant de limiter le pH de condensats provenant desdits gaz, lesdits moyens (11) de traitement étant prévus en amont dudit premier 10 échangeur (10) selon le trajet des gaz d'échappement et ledit échangeur (10) comprenant un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit faisceau 15 comprend des composants en aluminium et/ou alliage d'aluminium obtenus par laminage.
  3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel les moyens (11) de traitement des gaz d'échappement comprennent un 20 catalyseur d'oxydation des gaz d'échappement.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 3 dans lequel ledit moteur (1) comprenant une ligne d'échappement (3) du moteur, et ladite ligne d'échappement (3) comprenant une turbine (7), apte à être 25 entrainée par lesdits gaz d'échappement, ladite première ligne EGR (9) est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement (3) en amont de ladite turbine (7), lesdits moyens (11) de traitement étant localisés le long de ladite première ligne EGR (9). 30
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel ledit moteur (1) comprenant une ligne d'échappement (3), et ladite ligne 9 d'échappement (3) comprenant une turbine (7), apte à être entrainée par lesdits gaz d'échappement, ladite première ligne EGR (9) est prévue apte à communiquer avec ladite ligne d'échappement (3) en aval de ladite turbine (7), lesdits moyens (11) de traitement étant prévus aptes à être localisés le long de ladite ligne d'échappement (3).
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5 comprenant en outre une seconde ligne de recirculation des gaz d'échappement (14), ladite seconde ligne EGR (14) étant apte à communiquer avec la ligne d'échappement (3) en amont de ladite turbine (7) et comprenant un second échangeur de chaleur (15) pour refroidir les gaz d'échappement recirculé passant dans ladite seconde ligne EGR (14).
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel ledit second échangeur (15) comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en acier inoxydable.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel lesdits moyens (11) de traitement sont également prévus le long de ladite seconde ligne EGR (14), en amont dudit second échangeur (15), et ledit second échangeur (15) comprend un faisceau d'échange de chaleur réalisé en aluminium et/ou alliage d'aluminium.
  9. 9. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes avec des carburants d'origine végétale.
  10. 10. Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 avec du diesel standard européen et/ou des carburants issus du gaz et/ou du charbon.30
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