FR2979124A1

FR2979124A1 - Echangeur egr a vanne integree

Info

Publication number: FR2979124A1
Application number: FR1102127A
Authority: FR
Inventors: Patrick Lainat
Original assignee: WEVISTA
Current assignee: WEVISTA
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-22
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: FR2979124B1; EP2559889A1; EP2559889B1

Abstract

Moteur à combustion interne, notamment moteur diesel, comportant un bloc moteur ayant au moins un cylindre, un circuit destiné à faire recirculer dans le cylindre les gaz d'échappement qui en sortent et un échangeur (3) de chaleur intercalé dans le circuit des gaz d'échappement en amont du bloc moteur, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour régler la section de passage dans l'échangeur de chaleur des gaz d'échappement en fonction du débit de gaz d'échappement recyclé, pour ainsi éviter de trop grandes variations de la vitesse de passage des gaz d'échappement dans l'échangeur thermique et notamment pour avoir .une vitesse de passage sensiblement constante, de préférence constante.

Description

Echangeur EGR à vanne intégrée La présente invention se rapporte à tout moteur à combustion interne, dans lequel il est utilisé un système dit EGR (Exhaust Gas Recirculation ou recyclage de gaz 5 d'échappement) pour l'alimentation en air pour la combustion du carburant et plus particulièrement à un procédé pour réduire l'encrassement de ce système. Le système EGR est un système qui permet de réduire les émissions d'oxyde d'azote (N0x). Ces oxydes sont produits 10 lorsque l'on est en présence d'un excès d'air et lorsque la température est très élevée dans le cylindre. Pour ce faire, les systèmes EGR remplacent l'excédent d'air présent dans le cylindre dans le cas d'une charge partielle par un gaz neutre du point de vue de la 15 combustion (c'est-à-dire pauvre en dioxygène), et notamment par les gaz d'échappement directement disponibles en sortie du moteur. Le fait d'ainsi limiter la présence de dioxygène dans le cylindre au seul besoin de la combustion du carburant a pour effet de diminuer la 20 formation d'oxyde d'azote. En outre, la masse des gaz d'échappement contenus dans le cylindre lors de la combustion absorbent de l'énergie, diminuant ainsi la température. Ces deux actions combinées réduisent fortement la réaction d'oxydation de N2. 25 Pour augmenter les performances du système, la température des gaz d'échappement est abaissée par un échangeur permettant d'augmenter la masse de gaz d'échappement réinjecté dans le cylindre et de baisser plus fortement la température.

Une vanne commandée par le calculateur du moteur dose la quantité de gaz d'échappement nécessaire en fonction des paramètres extérieurs et règle le débit de gaz vers le collecteur d'admission. Enfin, le système est souvent 5 complété par un circuit de dérivation ou bypass pour court-circuiter l'échangeur lorsque le moteur est froid. Le système EGR dans l'art antérieur présente l'inconvénient de souvent subir une perte d'efficacité de l'échangeur et un blocage de la vanne EGR ou du clapet de 10 bypass. Les conséquences peuvent être un non respect des normes de pollution et aller jusqu'à une panne du moteur. En outre, il nécessite deux actionneurs de commande, un pour la vanne EGR et un pour le circuit bypass. On souhaite mettre à disposition un système de recyclage 15 des gaz d'échappement ou système EGR qui soit plus fiable et plus économique. Suivant l'invention, un moteur à combustion interne, comporte un bloc moteur ayant au moins un cylindre, un circuit destiné à faire recirculer dans le cylindre les 20 gaz d'échappement qui en sortent et un échangeur de chaleur intercalé dans le circuit des gaz d'échappement en amont du bloc moteur et est caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour régler la section de passage dans l'échangeur de chaleur des gaz d'échappement en 25 fonction du débit de gaz d'échappement recyclé, pour ainsi éviter de trop grandes variations de la vitesse de passage des gaz d'échappement dans l'échangeur thermique et notamment pour avoir une vitesse de passage sensiblement constante, de préférence constante.

En prévoyant ainsi de régler la section par laquelle passent les gaz d'échappement dans l'échangeur thermique en fonction de la quantité de gaz d'échappement nécessaire, on évite, par rapport au cas où on fait une régulation du débit se fait par l'intermédiaire d'une vanne simple, que de grandes diminutions de la vitesse n'aient lieu lorsque la quantité de gaz diminue. En adaptant la section de passage de sorte qu'elle soit petite lorsque le débit demandé de gaz d'échappement est petit et grande lorsque le débit de gaz d'échappement demandé est grand, on s'assure que la vitesse ne varie pas ou en tout cas ne varie que dans des proportions très petites et on évite ainsi un encrassement de l'échangeur, cet encrassement étant directement lié à la vitesse de passage des gaz d'échappement, l'encrassement étant d'autant plus grand que les gaz d'échappement passent lentement dans l'échangeur thermique. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le réglage de la section est effectué de telle sorte que la 20 vitesse de passage des gaz d'échappement dans l'échangeur thermique reste supérieure à une valeur prescrite limite. Suivant un mode de réalisation d'une mise en oeuvre particulièrement simple de l'invention, l'échangeur est constitué d'un empilement de cellules de section unitaire 25 et il est prévu des moyens pour ouvrir et/ou fermer une partie des cellules, à savoir de une à la totalité des cellules, en fonction du débit demandé. La section unitaire peut être rectangulaire ou avoir toute autres formes, par exemple circulaire, ovale, etc...

Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen d'ouvrir et/ou de fermer un nombre donné de cellules est constitué d'une simple vanne du genre à boisseau.

Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la vanne à boisseau comporte une position dans laquelle les gaz d'échappement ne passent pas dans l'échangeur et passent dans un circuit de dérivation. Suivant un mode de réalisation encore plus préféré, la 10 vanne à boisseau comporte une position dans laquelle les gaz d'échappement ne passent ni dans l'échangeur thermique, ni dans le circuit de dérivation. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu des moyens de liaison entre la vanne à boisseau 15 commandant le passage des gaz d'échappement et une vanne commandant l'entrée d'eau de refroidissement, de sorte que, lorsque la vanne à boisseau est dans une position dans laquelle elle empêche tout passage de gaz d'échappement dans l'échangeur, il est également empêché 20 sensiblement l'entrée de toute ou partie du liquide de refroidissement, le débit du liquide de refroidissement étant réduit au maximum, et inversement lorsque la vanne à boisseau est réglée pour laisser passer des gaz d'échappement dans l'échangeur, la vanne de régulation du 25 passage de liquide de refroidissement est également ouverte. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la liaison entre la vanne à boisseau et le clapet d'entrée de liquide de refroidissement est réalisée par l'ajout d'une came sur l'axe du boisseau. L'invention a aussi pour objet un procédé pour réduire l'encrassement d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que l'on règle la vitesse de passage des gaz d'échappement dans le circuit. De préférence, on règle la vitesse de passage des gaz d'échappement dans le circuit à une valeur supérieure à 10 une valeur donnée. A titre d'exemple, on décrit maintenant un mode de réalisation de l'invention en se rapportant aux dessins dans lesquels : la Figure 1 est un schéma représentant un moteur diesel 15 comportant un système EGR suivant l'invention ; la Figure 2 représente une partie de l'échangeur représenté schématiquement à la Figure 1, cette partie constituant une cellule 20 élémentaire ; les Figures 3a à 3d représentent une vanne à boisseau disposée à l'entrée de l'échangeur thermique pour régler la section de l'échangeur, les différentes figures représentant les 25 différentes positions fonctionnelles de la vanne à boisseau ; et la Figure 4 représente suivant une vue en coupe la liaison entre la vanne à boisseau et le clapet d'entrée du liquide de refroidissement de l'échangeur thermique. A la Figure 1, il est représenté un moteur diesel suivant l'invention. Le moteur diesel comporte un bloc moteur 1 comportant quatre cylindres. De l'air est injecté par un turbocompresseur 8 à l'entrée des cylindres, mélangé à un gaz neutre provenant d'un circuit de recyclage des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont recyclés de manière à passer dans un échangeur de chaleur 3 avant d'être réinjectés à l'entrée des cylindres. Dans le circuit des gaz d'échappement, il est également prévu un circuit 4 de dérivation pour les gaz d'échappement, par lequel ils peuvent passer pour ne pas passer dans l'échangeur 3 de chaleur. Un clapet 2 commande l'entrée ou non de fluide de refroidissement, pour le refroidissement effectué par l'échangeur thermique 3. Dans la réalisation présentée, l'échangeur thermique 3 est constitué d'un empilement de cellules élémentaires 10 de section rectangulaire, l'une d'entre elles étant 20 représentée à la Figure 2. Comme représenté aux Figures 3a à 3d, l'échangeur thermique 3 comporte une pluralité de cellules élémentaires 10 (7 à la figure) empilées les unes sur les autres. Une vanne boisseau 6 est montée en amont de 25 l'échangeur thermique 3. La vanne à boisseau peut prendre les différentes positions représentées aux Figures 3a à 3d. Dans la position de la Figure 3a (position 1), la vanne à boisseau ferme complètement l'échangeur thermique et les gaz d'échappement ne passent que dans le circuit 4 de dérivation. A la Figure 3b (position 2), la vanne à boisseau interdit l'accès à l'échangeur thermique 3 et ferme le circuit de 5 dérivation 4, aucun gaz d'échappement n'étant alors envoyé dans le bloc moteur. A la Figure 3c (position 3), la vanne à boisseau ferme entièrement le circuit de dérivation 4 et interdit partiellement l'accès à l'échangeur thermique, trois 10 cellules élémentaires sur sept étant ouvertes. Enfin à la Figure 3d (position 4), la vanne à boisseau ferme le circuit de dérivation 4 et donne accès à la totalité des cellules élémentaires de l'échangeur thermique 3.

15 Dans les positions 1 et 2, l'échangeur n'est pas utilisé. Dans ces conditions, il n'est plus nécessaire de faire circuler de liquide de refroidissement autour des cellules. De plus, la position 2 de la Figure 3b est utilisée lorsque le moteur est à pleine charge, situation 20 dans laquelle on a besoin de refroidir très fortement le moteur. Il est donc particulièrement intéressant de limiter la circulation de liquide de refroidissement vers l'échangeur. Le déplacement et les positions de la vanne boisseau 6 25 sont commandés par le système de commande 7, qui détermine en fonction des besoins du moteur, la quantité de gaz d'échappement qu'il est nécessaire d'envoyer dans le bloc moteur. En outre, le système de commande 7 fait en sorte que le rapport de la quantité de gaz d'échappement nécessaire sur la section de passage, c'est-à-dire le nombre de cellules ouvertes multiplié par la section d'une cellule individuelle, reste sensiblement 5 constant, ce qui revient à maintenir sensiblement constante la vitesse de passage des gaz d'échappement dans le circuit d'échangeur thermique. Il en résulte qu'en particulier on peut choisir ce nombre de telle sorte que la vitesse de passage soit suffisamment grande 10 pour que l'encrassement par dépôt de suie reste minimum. Enfin, à la Figure 4, il est représenté un mode de réalisation particulièrement préféré, dans lequel le fonctionnement de la vanne à boisseau est couplé au fonctionnement du clapet d'entrée du fluide de 15 refroidissement dans l'échangeur thermique. Ainsi, il est prévu dans la vanne à boisseau sur l'axe du boisseau une came 30. En fonction du positionnement de la came 30, le clapet obture l'entrée d'eau ou non. Ainsi dans la position représentée à la Figure 4, l'entrée de fluide de 20 refroidissement, notamment d'eau de refroidissement, est empêchée par le clapet 40. On peut notamment effectuer les réglages pour que cette position corresponde à la position 1 ou 2, c'est-à-dire aux positions des Figures 3a ou 3b de la vanne à boisseau. En revanche, 25 lorsque l'on passe dans la position 3 de la Figure 3c ou 4 de la Figure 3d, le clapet 40 descend, le suiveur de came 31 venant se loger dans la partie concave de la came 30, ce qui a pour effet d'ouvrir le passage d'eau de refroidissement en abaissant le clapet 40. On s'assure 30 ainsi que le fluide de refroidissement ne passe dans l'échangeur thermique que lorsque celui-ci est utilisé effectivement pour le refroidissement des gaz d'échappement.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour réduire l'encrassement d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que l'on règle la vitesse de passage des gaz d'échappement dans le circuit.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la vitesse de .passage des gaz d'échappement dans le circuit à une valeur supérieure à une valeur donnée.
3. Moteur à combustion interne, notamment moteur diesel, dans lequel est mis en oeuvre le procédé de la revendication 1 ou 2, comportant un bloc moteur ayant au moins un cylindre, un circuit destiné à faire recirculer dans le cylindre les gaz d'échappement qui en sortent et un échangeur (3) de chaleur intercalé dans le circuit des gaz d'échappement en amont du bloc moteur, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour régler la section de passage dans l'échangeur de chaleur des gaz d'échappement en fonction du débit de gaz d'échappement recyclé, pour ainsi éviter de trop grandes variations de la vitesse de passage des gaz d'échappement dans l'échangeur thermique et notamment pour avoir une vitesse de passage sensiblement constante, de préférence constante.
4. Moteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le réglage de la section est effectué de telle sorte que la vitesse de passage des gaz d'échappement dans l'échangeur (3) thermique reste supérieure à une valeur prescrite limite.
5. Moteur suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'échangeur (3) est constitué d'un empilement de cellules (10) de section unitaire et il est prévu des moyens pour ouvrir et/ou fermer une partie des cellules, à savoir de une à la totalité des cellules, en fonction du débit demandé.
6. Moteur suivant l'.une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'ouvrir et/ou de fermer un nombre donné de cellules (10) est constitué d'une simple vanne (6) du genre à boisseau.
7. Moteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la vanne (6) à boisseau comporte une position dans laquelle les gaz d'échappement ne passent pas dans l'échangeur (3) et passent dans un circuit (4) de dérivation.
8. Moteur suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la vanne (6) à boisseau comporte une position dans laquelle les gaz d'échappement ne passent ni dans l'échangeur thermique, ni dans le circuit de dérivation.
9. Moteur suivant l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de liaison entre la vanne (6) à boisseau commandant lepassage des gaz d'échappement et une vanne commandant l'entrée d'eau de refroidissement, de sorte que, lorsque la vanne à boisseau est dans une position dans laquelle elle empêche tout passage de gaz d'échappement dans l'échangeur, il est également empêché sensiblement l'entrée de toute ou partie du liquide de refroidissement et inversement, lorsque la vanne à boisseau est réglée pour laisser passer des gaz d'échappement dans l'échangeur, la vanne de régulation du passage de liquide de refroidissement est également ouverte.
10. Moteur suivant l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la liaison entre la vanne à boisseau et le clapet (40) d'entrée de liquide de refroidissement est réalisée par l'ajout d'une came (30) sur l'axe du boisseau.