FR3111987A1 - Dispositif de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement - Google Patents

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Abstract

Dispositif de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement Le dispositif de mesure comporte un boitier logeant des organes de mesure, les organes de mesure comprenant : - un organe (24) de mesure de débit volumique, comprenant au moins un transducteur piézoélectrique, - un organe (20) de mesure de température, et - un organe (22) de mesure de pression. Figure pour l'abrégé : Figure 5

Description

Dispositif de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement
La présente invention concerne un dispositif de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement.
Il est connu d’extraire, du circuit principal d’un système d’échappement de moteur thermique, une partie du flux de gaz d’échappement pour la diriger vers un circuit secondaire de recirculation réinjectant ladite partie de flux au niveau de l’admission du moteur. Un tel circuit de recirculation est notamment connu sous l’acronyme EGR (de l’anglais : Exhaust Gaz Recirculation, signifiant recirculation des gaz d’échappement). La partie du flux de gaz à extraire présente généralement un taux de l’ordre de 25% du flux total.
On connait déjà, dans l’état de la technique, des dispositifs de mesure, comprenant des capteurs de température et/ou de pression. Les mesures de température et de pression servent à estimer le taux de gaz d’échappement recirculé, au moyen d’un modèle mathématique connu en soi.
Toutefois, la précision d’une telle estimation du taux de gaz d’échappement recirculé n’est pas optimale, si bien qu’il reste possible d’améliorer la gestion de la recirculation des gaz d’échappements en améliorant cette précision.
L’invention a notamment pour but d’améliorer le dispositif de mesure, pour permettre une détermination plus précise du taux de gaz d’échappement recirculé.
A cet effet, l’invention a notamment pour objet un dispositif de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un boitier logeant des organes de mesure, les organes de mesure comprenant :
- un organe de mesure de débit volumique, comprenant au moins un transducteur piézoélectrique,
- un organe de mesure de température, et
- un organe de mesure de pression.
Le dispositif de mesure selon l’invention fournit à la fois la température, la pression et le débit volumétrique.
La température et la pression permettent de calculer de manière classique le taux de gaz d’échappement recirculé, tandis que la mesure du débit volumétrique permet en complément une meilleure estimation du taux de gaz d’échappement recirculé.
Un dispositif de mesure selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables :
- Le dispositif de mesure comporte un organe de circulation de fluide réfrigérant, de préférence destiné à être connecté à un échangeur de chaleur du système de recirculation.
- Le dispositif de mesure comporte une plaque de circuit imprimé à laquelle sont reliés les organes de mesure, l’organe de circulation étant agencé à proximité de la plaque de circuit imprimé et recouvrant de préférence au moins 80%, par exemple entre 80% et 90%, de la surface de la plaque de circuit imprimé.
- Le boitier comporte au moins une demi-coque réalisée en matière plastique, de préférence dans un matériau isolant thermiquement, par exemple en polyuréthane.
- Le boitier comporte un conduit dans lequel le gaz d’échappement est destiné à circuler dans un sens de circulation, l’organe de mesure de débit volumique étant agencé en amont de l’organe de mesure de température, qui est agencé en amont de l’organe de mesure de pression, dans le sens de circulation.
L’invention concerne également un système de recirculation de gaz d’échappement, notamment pour une ligne d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mesure tel que défini précédemment.
Un système de recirculation selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables :
- Le système de recirculation comporte un échangeur de chaleur destiné à refroidir les gaz d’échappement recirculés, et une vanne de recirculation le dispositif de mesure étant agencé entre l’échangeur de chaleur et la vanne de recirculation.
- Le dispositif de mesure comporte un organe de circulation de fluide réfrigérant, connecté à l’échangeur de chaleur.
- L’organe de circulation de fluide réfrigérant est agencé en amont de l’échangeur de chaleur dans un circuit réfrigérant.
L’invention concerne également une ligne d’échappement, notamment de moteur thermique, caractérisée en ce qu’elle comporte un système de recirculation tel que défini précédemment.
Différents aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles :
La figure 1 est une vue en perspective d’un système de recirculation de gaz d’échappement selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ;
La figure 2 est une vue en perspective d’un dispositif de mesure destiné à équiper le système de recirculation de gaz d’échappement de la figure 1 ;
La figure 3 est une vue en perspective éclatée du dispositif de mesure de la figure 2 ;
La 4 est une vue en perspective du dispositif de mesure de la figure 2, représenté partiellement, selon un autre point de vue ;
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de mesure de la figure 4.
On a représenté, sur la figure 1, un système 6 de recirculation de gaz d’échappement selon un exemple de mode de réalisation de l’invention.
Le système de recirculation 6 est destiné à équiper une ligne d’échappement, notamment de moteur thermique. La ligne d’échappement peut équiper un moteur de véhicule terrestre (essence ou diesel), ou de tout autre véhicule embarquant un tel moteur, ou encore une installation fixe employant un tel moteur.
De préférence, le système de recirculation 6 comporte un échangeur de chaleur 7 destiné à réduire la température des gaz d’échappement recirculés. L’échangeur de chaleur 7 est relié de manière classique à un circuit de circulation de fluide réfrigérant (non représenté).
Le système de recirculation 6 comporte par ailleurs vanne de recirculation 8 destinée à relier le système de recirculation à la ligne d’échappement. Cette vanne de recirculation 8 est pilotée notamment en fonction des mesures effectuées par un dispositif de mesure 10, pour rediriger une partie des gaz d’échappement dans le système de recirculation.
On a représenté, sur les figures 2 à 5, un dispositif 10 de mesure, destiné à équiper le système de recirculation 6.
Dans ce cas, le dispositif de mesure 10 est de préférence agencé entre l’échangeur de chaleur 7 et la vanne de recirculation 8.
Le dispositif de mesure 10 comporte un boitier 12, comportant une entrée 14 et une sortie 16 de gaz d’échappement, destinées respectivement à être connectées à une conduite d’arrivée et une conduite d’évacuation du système de recirculation.
Le boitier 12 comporte par exemple une demi coque 18, dans laquelle sont ménagées les entrée 14 et sortie 16. Cette demi-coque 18 délimite ainsi un conduit de circulation de gaz d’échappement 19, s’étendant entre l’entrée 14 et la sortie 16. La demi coque 18 est par exemple réalisée en matière plastique, par exemple par moulage par injection.
Le boitier 12 loge des organes de mesure, visibles principalement sur la figure 3. Les organes de mesure comportent notamment un organe 20 de mesure de température, un organe 22 de mesure de pression, et un organe de mesure de débit volumique, comprenant au moins un transducteur piézoélectrique 24, de préférence un transducteur à ultrasons.
De préférence, l’organe de mesure de débit volumique 26 comporte deux transducteurs piézoélectriques.
L’organe de mesure température 20 est de préférence logé dans le conduit 19, afin de mesurer directement la température du gaz d’échappement recirculé.
L’organe de mesure de pression 22 est de préférence logé dans un logement 23 communiquant avec le conduit 19.
Chaque transducteur piézoélectrique 24 est de préférence logé chacun dans un logement 25 qui lui est propre, chaque logement 25 communiquant avec le conduit 19. Les transducteurs piézoélectriques 24 sont par exemple agencés l’un en regard de l’autre, de part et d’autre du conduit 19, ces transducteurs piézoélectriques 24 étant alignés selon une direction formant un angle non nul avec la direction dans laquelle s’étend le conduit 19, comme cela est représenté sur la figure 3. Cet angle est par exemple strictement inférieur à 90°, par exemple d’environ 45°.
On rappellera qu’un transducteur piézoélectrique est destiné à transmettre un signal électrique dépendant d’une sollicitation mécanique sur ce transducteur piézoélectrique. Dans le cas présent, la sollicitation mécanique est liée au flux de gaz d’échappement, si bien que le signal électrique dépend directement du débit du flux de gaz d’échappement circulant dans la conduite 19.
Un exemple de mesure à l’aide des transducteurs 24 est décrit ci-dessous.
Comme indiqué précédemment les transducteurs 24 sont alignés dans une direction d’alignement formant un angle non nul avec la direction d’écoulement dans laquelle s’écoule le flux de gaz d’échappement, de part et d’autre du conduit 19.
Chaque transducteur 24 émet un signal en direction de l’autre transducteur 24, et reçoit le signal émis par cet autre transducteur 24. Pour chacun de ces signaux, le temps de propagation d’un transducteur à l’autre est mesuré.
Du fait de l’orientation des transducteurs 24, l’un des signaux se propage dans le même sens que le flux de gaz d’échappement, et l’autre signal se propage à contre-courant. La différence entre les temps de propagation de ces signaux opposés permet de calculer le débit volumique du flux de gaz d’échappement.
Ainsi, on considèrera ci-dessous :
φ est l’angle défini entre la direction d’alignement des transducteurs et la direction d’écoulement de gaz d’échappement.
R est le rayon du conduit 19.
S est la section du conduit.
L est la distance entre les deux transducteurs 24.
T est la Température du gaz d’échappement, mesurée par l’organe de mesure de Température 20.
P est la Pression du gaz d’échappement, mesurée par l’organe de mesure de pression 22.
c est la célérité, c’est-à-dire la vitesse de propagation (en m/s) des ondes sonores dans le gaz : avec T en Kelvins
D est la densité du gaz d’échappement : (Avec T en Kelvins et P en Pascals)
Δt est la différence entre les temps de propagation des signaux opposés émis et reçus par les transducteurs. Cette différence de temps est mesurée à l’aide des transducteurs.
vf est la vitesse du flux de gaz d’échappement :
De cette vitesse, on peut en déduire le débit volumique
Enfin, de ce débit volumique, on peut en déduire le débit massique
Ainsi, il apparait clairement que les transducteurs 24 permettent, en mesurant la différence de temps de transmission des signaux dans les deux sens, de calculer de manière simple et efficace les débits volumique et massique de gaz d’échappement.
On notera que, en considérant le sens de circulation des gaz d’échappement dans le dispositif de mesure 10, au moins l’un des transducteurs piézoélectriques 24 est agencé en amont du capteur de pression 22, qui est lui-même agencé en amont du capteur de température 20.
Le dispositif de mesure 10 comporte également une plaque de circuit imprimé 26 à laquelle sont reliés les organes de mesure 20, 22, 24.
La plaque de circuit imprimé 26 est également logée dans le boîtier 12.
Compte tenu des hautes températures du gaz d’échappement, le dispositif de mesure 10 comporte de préférence des moyens 28 de refroidissement de la plaque de circuit imprimé 26.
Les moyens de refroidissement 28 comportent un organe 30 de circulation de fluide réfrigérant, recouvert par un couvercle 32. Le couvercle 32 referme le boitier 12 avec la demi-coque 18.
L’organe de circulation 30 est de préférence destiné à être connecté à l’échangeur de chaleur 7 du système de recirculation. Ainsi, on utilise de préférence le même circuit réfrigérant pour l’organe de circulation 30 et l’échangeur de chaleur 7.
De préférence, l’organe de circulation 30 est relié au circuit réfrigérant en amont de l’échangeur de chaleur 7, si bien que le fluide réfrigérant passe par l’organe de circulation 30 avant l’échangeur de chaleur 7. Le fluide réfrigérant n’est ainsi pas réchauffé par son passage dans l’échangeur de chaleur 7 lorsqu’il passe par l’organe de circulation 30, si bien que le refroidissement de la plaque de circuit imprimé 26 est optimal.
L’organe de circulation 30 est agencé à proximité de la plaque de circuit imprimé 26, afin de refroidir celle-ci. De préférence, l’organe de circulation 30 est agencé au contact de la plaque de circuit imprimé 26.
Dans un mode de réalisation préféré, l’organe de circulation 30 recouvre au moins 80%, de préférence entre 80 et 90%, de la surface de la plaque de circuit imprimé 26.
Afin de réduire encore l’impact de la température des gaz d’échappement sur la plaque de circuit imprimé 26, le dispositif de mesure 10 comporte de préférence un bloc isolant 32 intercalé entre la plaque de circuit imprimé 26 et le conduit de circulation 19. Le bloc isolant 32 est par exemple réalisé en polyuréthane.
Avantageusement, une couche thermiquement conductrice 34 peut être ajoutée entre la plaque de circuit imprimé 26 et l’organe de circulation 30, afin d’optimiser le refroidissement de la plaque de circuit imprimé 26, notamment en optimisant les surfaces de contact.
La présence des moyens de refroidissement et/ou du bloc isolant 32 permet de réaliser un dispositif de mesure 10 compact, sans nécessiter de déporter la plaque de circuit imprimé 26. Il en résulte que le dispositif de mesure 10 selon l’invention est peu encombrant et économique.
Il apparait clairement que le dispositif de mesure 10 selon l’invention permet, par la présence de l’organe de mesure de débit volumique, de connaitre très précisément le débit volumique de gaz d’échappement recirculé circulant dans le système de recirculation 6. Ceci permet un pilotage précis de la vanne de recirculation 8.

Claims (10)

  1. Dispositif (10) de mesure pour un système de recirculation de gaz d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un boitier (12) logeant des organes de mesure, les organes de mesure comprenant :
    - un organe (24) de mesure de débit volumique, comprenant au moins un transducteur piézoélectrique,
    - un organe (20) de mesure de température, et
    - un organe (22) de mesure de pression.
  2. Dispositif de mesure (10) selon la revendication 1, comportant un organe (28) de circulation de fluide réfrigérant, de préférence destiné à être connecté à un échangeur de chaleur du système de recirculation.
  3. Dispositif de mesure (10) selon la revendication 2, comportant une plaque de circuit imprimé (26) à laquelle sont reliés les organes de mesure (20, 22, 24), l’organe de circulation (28) étant agencé à proximité de la plaque de circuit imprimé (26) et recouvrant de préférence au moins 80%, par exemple entre 80% et 90%, de la surface de la plaque de circuit imprimé (26).
  4. Dispositif de mesure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boitier (12) comporte au moins une demi-coque réalisée en matière plastique, de préférence dans un matériau isolant thermiquement, par exemple en polyuréthane.
  5. Dispositif de mesure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boitier (12) comporte un conduit (19) dans lequel le gaz d’échappement est destiné à circuler dans un sens de circulation, l’organe (24) de mesure de débit volumique étant agencé en amont de l’organe (20) de mesure de température, qui est agencé en amont de l’organe (22) de mesure de pression, dans le sens de circulation.
  6. Système (6) de recirculation de gaz d’échappement, notamment pour une ligne d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mesure (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  7. Système de recirculation (6) selon la revendication 6, comportant un échangeur de chaleur (7) destiné à refroidir les gaz d’échappement recirculés, et une vanne de recirculation (8), le dispositif de mesure (10) étant agencé entre l’échangeur de chaleur (7) et la vanne de recirculation (8).
  8. Système de recirculation (6) selon la revendication 7, dans lequel le dispositif de mesure comporte un organe (28) de circulation de fluide réfrigérant, connecté à l’échangeur de chaleur (7).
  9. Système de recirculation (6) selon la revendication 8, dans lequel l’organe (28) de circulation de fluide réfrigérant est agencé en amont de l’échangeur de chaleur (7) dans un circuit réfrigérant.
  10. Ligne d’échappement, notamment de moteur thermique, caractérisée en ce qu’elle comporte un système de recirculation (6) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.
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