FR3120398A1 - Dispositif d'échangeur à tubes de section trapézoïdale - Google Patents

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Abstract

Echangeur de chaleur (16) eau-gaz pour moteur de véhicule automobile comportant une bouche d’entrée (19t) et une embouchure de sortie d’eau (32), les gaz traversant l’échangeur au travers de conduits tubulaires logés (40) dans une chambre et qui sont baignés dans l’eau circulant dans ladite chambre, la section de passage de chaque conduit tubulaire est oblongue et de forme sensiblement rectangulaire, Caractérisé en ce que chaque conduit tubulaire (40) présente au-moins un déflecteur (41) pour diriger la circulation d’eau vers l’embouchure de sortie (32) de l’échangeur. Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Dispositif d'échangeur à tubes de section trapézoïdale
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un système de refroidissement de gaz à hautes température.
La présente invention concerne plus particulièrement le domaine des systèmes de refroidissement pour moteurs à combustion interne, notamment le refroidissement des gaz d’admission de moteur thermique de véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement un système de refroidissement pour moteur à combustion interne, ledit système de refroidissement comprenant un échangeur thermique connecté à un circuit de circulation de gaz à haute température, notamment d’air compressé et de gaz brulés, ou d’air compressé chaud et dans lequel circule un fluide caloporteur.
Domaine technique de l’invention
Pour cela, la présente invention propose un échangeur de chaleur eau-gaz pour moteur de véhicule automobile comportant une bouche d’entrée et une embouchure de sortie d’eau, et traversé par les gaz selon un premier axe au travers de conduits tubulaires logés dans une chambre et qui sont baignés dans l’eau circulant dans ladite chambre, la section de passage de chaque conduit tubulaire étant oblongue et de forme sensiblement rectangulaire,
Caractérisé en ce que chaque conduit présente au-moins un déflecteur pour diriger la circulation d’eau vers l’embouchure de sortie de l’échangeur.
De manière avantageuse, chacun des conduits tubulaires de traversée des gaz présente une section transversale de passage desdits gaz sensiblement oblongue et comprend un déflecteur pour diriger le liquide de refroidissement à base d’eau vers l’embouchure de sortie du carter de l’échangeur. Chaque conduit de traversée des gaz est donc apte à diriger une partie du fluide de refroidissement vers l’embouchure de sortie, ce qui diminue les pertes de charges, la consommation d’énergie, et optimise le parcours du liquide dans le carter de l’échangeur.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
-Le déflecteur est partie de la paroi du conduit tubulaire.
De manière avantageuse, chaque conduit tubulaire est délimité par au-moins une paroi conformée pour diriger le flot de liquide de refroidissement vers l’embouchure de sortie du carter. Ainsi une partie du flot peut être sensiblement guidée vers la sortie du carter de l’échangeur pour générer moins de pertes de charges.
-Chaque conduit tubulaire comprend une première paroi plane transversale inclinée dirigée vers l’embouchure de sortie du carter de l’échangeur.
De manière avantageuse, chaque conduit tubulaire de gaz présente une section de passage des gaz en forme de quadrilatère sensiblement rectangle et comprend donc une paroi plane qui peut être inclinée pour diriger au mieux une partie du flot de liquide de refroidissement vers l’embouchure de sortie. Le déflecteur est formé par une paroi du conduit tubulaire ce qui est une solution simple et peu onéreuse.
-Chaque conduit tubulaire comprend une deuxième paroi plane transversale opposée à la première paroi présentant une inclinaison opposée à l’inclinaison de la première paroi.
De manière avantageuse, chaque conduit tubulaire présente une deuxième paroi opposée à la première paroi, qui est inclinée également mais dans le sens opposé pour diriger le flux de liquide vers la paroi du conduit voisin en vis-à-vis pour participer à la direction du flux de liquide.
-l’épaisseur du conduit tubulaire comprise entre la première et la deuxième paroi est variable linéairement d’une extrémité transversale à l’autre extrémité opposée du conduit.
De manière avantageuse, l’épaisseur de chaque conduit tubulaire comprise entre la première paroi et la deuxième paroi inclinée est variable linéairement d’une extrémité transversale à l’extrémité opposée pour diriger le flux d’eau de façon progressive.
-l’épaisseur croit d’une première extrémité amont à la deuxième extrémité aval selon le sens d’écoulement du flux de liquide.
De manière avantageuse, l’épaisseur entre la première paroi inclinée et la deuxième paroi inclinée croit d’une extrémité transversale amont à l’extrémité aval opposée pour permettre l’accroissement des vitesses du liquide au passage entre les conduits tubulaires. La section de passage de l’eau varie en réduction linéaire d’amont en aval.
-L’angle de variation de l’épaisseur est inférieur à 5°.
De manière avantageuse, l’épaisseur de chaque conduit tubulaire en forme de quadrilatère sensiblement rectangle, l’épaisseur représente le petit côté du quadrilatère, la variation de ladite épaisseur forme un angle de faible amplitude inférieure à 5° afin de ne pas engendrer des turbulences dans le passage du liquide de refroidissement susceptibles de nuire aux échanges de chaleur.
-L’axe médian transversal de la section transversale de passage est sensiblement incliné vers l’embouchure de sortie.
De manière avantageuse, l’axe médian transversal de la section transversale de passage des gaz est sensiblement incliné par rapport à l’axe de l’embouchure de sortie du carter d’échangeur, en direction l’embouchure de sortie pour permettre de diriger le flux de liquide passant entre les conduits tubulaires de gaz.
-La paroi transversale des conduits tubulaires porte des ailettes.
De manière avantageuse, la première paroi et la deuxième paroi transversale opposée peuvent porter des ailettes pour améliorer les échanges de chaleur.
-La longueur des ailettes est variable en croissance linéaire depuis l’amont vers l’aval de la section de passage d’eau.
De manière avantageuse, la longueur des ailettes est variable de l’extrémité transversale amont vers l’extrémité transversale aval pour réduire la section de passage du flux de liquide et permettre l’accroissement de vitesses de liquide et donc des échanges de chaleur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
est une vue schématique d’un circuit d’air et de gaz d’un moteur thermique.
est une vue schématique d’un carter de refroidissement selon l’invention.
est une vue schématique de coupe de dessus du carter de refroidissement.
est une vue schématique eau-gaz de conduits tubulaires de passage de gaz d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention.
est une vue schématique des conduits tubulaires de passage de gaz d’un échangeur eau-gaz selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
est une vue schématique de conduits tubulaires de passage de gaz selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
La description qui suit propose un échangeur double flux pour un moteur thermique de véhicule automobile comprenant deux étages de refroidissement successifs pour refroidir de l’air compressé puis de gaz recirculés. L’invention concerne un des deux étages de refroidissement d’un tel échangeur ou un échangeur simple flux.
De manière connue, selon la , un moteur thermique 50 d’un véhicule automobile comprend un circuit d’admission 10 qui amène de l’air frais ou un mélange d’air frais et de gaz brulés recirculés à l’admission du bloc moteur 51. L’air et les gaz sont ensuite introduits dans des chambres de combustion, chaque chambre est délimitée par un cylindre, un toit de chambre défini dans une culasse et un piston coulissant selon l’axe du cylindre.
L’air dit frais est généralement capté depuis la face avant du véhicule automobile. Il est dirigé dans le circuit d’admission d’air frais 11 qui passe successivement par un filtre à air 12, un étage de compression 14 et un refroidisseur 16. Ledit air frais peut être mélangé avec des gaz brulés recirculés basse pression en amont de l’étage de compression. En effet les gaz recirculés sont prélevés en aval d’un dispositif de dépollution puis amenés par un conduit de recirculation qui débouche dans le circuit d’admission d’air frais en amont de l’étage de compression. L’étage de compression peut être formé par un compresseur électrique ou mécanique, ou un compresseur relié à une turbine, l’ensemble étant connu comme un turbocompresseur 13.
Au passage de l’étage de compression 14, l’air est échauffé. La température peut augmenter de quelques dizaines de degrés (de l’ordre de 50°C) ce qui est susceptible de réduire l’efficacité du moteur.
Pour améliorer le rendement dudit moteur thermique, l’air frais compressé passe dans un étage de refroidissement 16 disposé en amont du bloc moteur, qui est appelé couramment « precooler ». Le « précooler » est formé par un échangeur air-eau.
Dans ledit échangeur 16, l’air circule par exemple dans des tubes logés dans une chambre dans laquelle circule du liquide de refroidissement à base d’eau, provenant d’un circuit de refroidissement du moteur. Le circuit de refroidissement peut passer par exemple au travers du moteur pour refroidir également des parties portées à haute température du moteur comme le carter-cylindres et la culasse, l’eau de refroidissement se chargeant alors de calories, et puis par un radiateur pour permettre une dépose desdites calories et leur évacuation. La circulation de l’eau de refroidissement est effectuée grâce à une pompe à eau entrainée par le moteur thermique ou par une pompe à eau électrique non représentée.
Un autre besoin de refroidissement concerne les gaz brulés ou issus de la combustion dans le moteur thermique piqués depuis la ligne d’échappement du moteur en aval des chambres à combustion.
Pour réduire des rejets de polluants générés par la combustion dans le moteur, il est connu de ramener des gaz brulés depuis l’échappement vers l’admission dudit moteur. Les gaz brulés sont nommés gaz recirculés. Ils sont mélangés avec l’air frais avant l’introduction dans le moteur.
Les gaz brulés peuvent être ramenés depuis l’échappement c’est-à-dire en aval de la combustion dans les cylindres, vers les conduits d’admission du moteur. Ils sont à température élevée et nécessitent donc d’être refroidis avant d’être réintroduits dans l’admission du moteur. On a différents types de gaz brulés recirculés ou gaz EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation » :
-des gaz recirculés haute pression prélevés depuis le circuit d’échappement en amont selon le sens d’écoulement des gaz de dispositifs de dépollution comme par exemple un catalyseur ou piège à oxyde d’azote (Nox). De manière générale, ces gaz sont prélevés directement depuis un collecteur d’échappement fixé à une face d’échappement de la culasse et sont envoyés ensuite vers les conduits d’admission ou dans un répartiteur d’admission.
-des gaz brulés recirculés basse pression prélevés dans le circuit d’échappement et de manière connue après un dispositif de dépollution tel qu’un catalyseur ou un piège à oxyde d’azote. Les gaz brulés recirculés basse pression sont donc prélevés en aval du dispositif de dépollution et renvoyés vers l’admission du moteur
Les gaz recirculés sont à haute température et nécessitent donc d’être refroidis avant leur introduction dans le moteur. Ils passent par un refroidisseur de gaz recirculés 18.
On peut regrouper l’échangeur 16 d’air compressé avec l’échangeur 18 de gaz recirculés haute pression dans une unité de refroidissement 100 comprenant un seul carter de refroidissement 19 comme représenté en dans lequel circule du liquide de refroidissement pour échanger de la chaleur avec l’air et les gaz brulés de manière optimisée afin de réduire les pertes de charges et donc la consommation du moteur équipé d’un tel échangeur.
Le carter de refroidissement 19 est sensiblement de forme parallélépipédique. Pour faciliter la compréhension, ledit carter est décrit dans un repère cartésien et présente une dimension de préférence la plus grande dimension selon un axe longitudinal X, une dimension transversale selon un axe Y et une dimension dite latérale Z, lesdits axes étant perpendiculaires deux à deux. Les gaz s’écoulent parallèlement à l’axe longitudinal X.
Ledit carter comprend donc :
-un circuit 30 de liquide de refroidissement avec un orifice d’entrée 31 et un orifice de sortie 32, qui sont connectés de manière préférentielle au circuit de refroidissement du moteur 50. Les deux orifices 31,32 sont agencés à une même première extrémité longitudinale 19a du carter 19 selon l’axe longitudinal X. Lesdits orifices d’entrée 31 et de sortie de liquide 32 peuvent être coaxiaux pour faciliter l’obtention du carter.
-un étage de refroidissement 20 de l’air compressé avec une entrée d’air 21 et une sortie d’air 22 diamétralement opposées selon la plus grande dimension du parallélépipède du carter 19, l’entrée d’air 21 est par exemple par une face transversale 21’ et la sortie d’air 22 est par la face transversale 22’ opposée qui sont sensiblement parallèles au plan porté par les axes transversal Y et latéral Z.
De manière préférentielle, le parcours de l’air compressé dans l’étage de refroidissement 20 est rectiligne pour réduire les pertes de charge à la circulation de l’air compressé. L’air compressé peut être dirigé dans des conduits de passage tubulaires et rectilignes qui joignent l’entrée d’air 21’ à la sortie d’air 22’.
-un étage de refroidissement de gaz recirculés 25 avec une entrée 26 et une sortie 27 desdits gaz diamétralement opposées.
De manière préférentielle, le parcours des gaz recirculés dans l’étage de refroidissement 25 est rectiligne et selon la plus grande dimension du carter 19. L’entrée des gaz recirculés 26 est par exemple par une face transversale 26’ et la sortie des gaz 27 est par la face transversale 27’ opposée. Lesdites faces transversales sont parallèles à un plan transversal porté par les axes transversal Y et latéral Z. Les gaz recirculés sont dirigés dans des conduits de passage tubulaires et rectilignes qui joignent l’entrée des gaz 26 à la sortie d’air 27 selon la plus grande dimension du carter 19.
Les faces transversales 26’ et 27’ sont coplanaires respectivement aux faces transversale 21’ et 22’.
Le circuit de liquide de refroidissement est connecté à un circuit de refroidissement du moteur, ainsi les orifices d’entrée 31 et de sortie 32 de liquide du carter 19 sont connectés audit circuit de refroidissement du moteur.
Selon la , le circuit 30 du liquide de refroidissement à l’intérieur du carter 19 présente une forme de U.
Le circuit du liquide présente ainsi une première branche 33 et une deuxième branche 35 de refroidissement connectée à la première branche.
La première branche concerne le refroidissement de l’air compressé et la seconde branche le refroidissement des gaz brulés recirculés.
De cette manière, le liquide de refroidissement passe en premier dans l’étage de refroidissement d’air compressé 20 et n’est donc pas chauffé par des échanges avec les gaz recirculés. Les différences de températures entre le liquide de refroidissement et l’air compressé reste donc suffisant pour avoir un échange important de chaleur.
Chacune desdites première et seconde branches 33, 35 peut être une chambre longitudinale s’étendant selon la plus grande dimension du parallélépipède du carter 19, dans laquelle sont baignés les conduits tubulaires 40 respectivement d’air compressé et de gaz recirculés.
L’orifice d’entrée 31 de liquide de refroidissement est implanté à une première extrémité 19a du carter. Ledit orifice est prolongé vers l’extérieur du carter pour un embout d’entrée connecté au circuit de refroidissement du moteur. Ledit orifice d’entrée 31 débouche à l’intérieur du carter dans la première chambre 33 pour arroser les conduits tubulaires traversés par l’air compressé. Ladite chambre 33 peut comprendre par exemple une courbure ou un déflecteur pour diriger le liquide de refroidissement selon l’axe longitudinal X de la première branche 33.
A la seconde extrémité 19b de la première chambre est percé un orifice traversant 19t pour connecter la première chambre 33 à la seconde chambre 35.
La seconde chambre 35 de refroidissement s’étend parallèlement à la première chambre 33. Le liquide de refroidissement circule dans cette seconde chambre 35 dans le sens opposé que dans la première chambre 33, jusqu’à l’orifice de sortie 32 du carter.
Le carter 19 comprend ainsi la première chambre 33 pour loger les conduits de passage d’air comprimé et dans laquelle coule le liquide pour permettre le refroidissement dudit air compressé, et une seconde chambre 35 pour loger les conduits tubulaires 40 traversés par les gaz recirculés et refroidis également par le même liquide de refroidissement. La première chambre 33 communique avec la seconde chambre 35 par l’orifice transversal 19t agencé à la deuxième extrémité longitudinale 19b du carter selon l’axe longitudinal X. L’orifice transversal 19t débouche ainsi dans la seconde chambre 35. Le liquide de refroidissement passe ainsi depuis l’entrée 31 du carter dans la première chambre 33 puis traverse l’orifice traversant 19t dans la deuxième chambre 35 de refroidissement avant de sortir du carter par l’orifice de sortie 32.
L’orifice transversal entre la première 33 et la seconde chambre 35 de l’échangeur est donc diamétralement opposé à l’orifice d’entrée 31 ainsi qu’à l’orifice de sortie 32 du carter de l’échangeur.
L’invention concerne l’écoulement du liquide de refroidissement dans l’une des deux chambres 33, 35 et notamment selon un plan transversal orthogonal à l’axe longitudinal X de plus grande dimension du carter de l’échangeur. La description qui suit concerne la seconde chambre sans restreindre la portée de l’invention.
Les conduits tubulaires 40 ou tubes de passage de gaz recirculés s’étendent longitudinalement parallèlement à l’axe X. L’axe du conduit tubulaire 40 est parallèle à l’axe longitudinal X.
De manière préférentielle, les gaz recirculés circulent dans les conduits tubulaires 40 depuis la deuxième extrémité longitudinale 19b jusqu’à la première extrémité longitudinale 19a opposée avec le même sens de circulation du liquide de refroidissement. La circulation des gaz recirculés 28 est donc parallèle et dans le même sens que la circulation de liquide de refroidissement dans la seconde branche 35. De cette manière astucieuse, les échanges de chaleur entre les gaz recirculés et le liquide de refroidissement sont moins importants, ce qui réduit les risques d’ébullition dudit liquide. La circulation des gaz recirculés par rapport au liquide de refroidissement est nommée « co-flow » en anglais ou dans le sens du courant.
La section de passage des gaz, transversale à l’axe de chaque conduit tubulaire 40 de gaz recirculés est oblongue en forme de quadrilatère sensiblement rectangulaire. Le conduit tubulaire comprend ainsi deux parois planes transversales, une supérieure 42s et une inférieure 42i, reliées l’une à l’autre par des parois latérales 43g,43d qui sont sensiblement parallèles au plan porté par les axes X et Z. Lesdites parois transversales et latérales s’étendent ainsi sur la plus grande dimension du carter selon l’axe longitudinal X. Le côté de la paroi latérale selon l’axe Z dans un plan transversal porté par les axes Y et Z est une épaisseur reliant la largeur des parois planes transversales 42s,42i.
Selon l’invention, chaque conduit tubulaire comprend un déflecteur 41 apte à diriger le flux de liquide vers l’embouchure de sortie 32 du carter.
Selon un mode préféré de l’invention représenté en , chaque conduit tubulaire peut comprendre une première paroi transversale 42s,42i légèrement inclinée par rapport au plan porté par les axes longitudinal X et transversal Y, dirigée vers l’embouchure de sortie 32. L’inclinaison forme le déflecteur 41. L’inclinaison est inférieure à 5° par rapport au plan porté par les axes longitudinal X et transversal Y qui est parallèle à l’axe de l’embouchure de sortie, et de manière préférentielle de l’ordre de 1°. Ainsi l’angle entre la paroi transversale et la paroi latérale du conduit tubulaire est de l’ordre de 89°. La faible inclinaison évite la création de turbulences dans le flot de liquide de refroidissement et favorise un bon échange de chaleur entre ledit liquide et les gaz recirculés.
Selon la , l’épaisseur du conduit séparant les deux parois planes transversales 42s,42i varie linéairement depuis l’extrémité tournée vers l’orifice transversal d’entrée jusqu’à l’extrémité opposée tournée vers l’orifice de sortie 32.
La seconde paroi transversale 42i, 42s opposée à la première paroi 42s,42i peut être inclinée également mais en sens opposé. L’inclinaison de la seconde paroi 42i est inférieure ou sensiblement identique à celle de la première paroi 42s mais en sens opposé. Ainsi la seconde paroi 42i,42s d’un conduit tubulaire coopère avec la première paroi 42s,42i d’un conduit tubulaire 40 voisin ou en vis-à-vis pour former une section de passage de liquide convergente, c’est-à-dire qui se réduit d’amont en aval selon le sens de circulation du liquide de refroidissement, à l’extrémité desdits conduits tournée vers l’orifice de sortie 32 et ainsi produire une accélération des vitesses du liquide en sortie du carter 19.
Selon un mode de réalisation, le plan médian transversal du conduit tubulaire 40 peut être incliné par rapport à plan transversal porté par les axes longitudinal X et transversal Y, en direction de l’orifice de sortie 32 afin de diriger le liquide de refroidissement vers l’orifice de sortie. L’inclinaison est inférieure à 5° et de manière préférentielle de l’ordre de 1°.
Selon un autre mode de réalisation, on peut avoir un cumul des inclinaisons d’une part de la paroi transversale 42s, 42i et d’autre part du plan médian du conduit tubulaire comme représenté en .
Selon un autre mode de réalisation représenté en , le déflecteur 41 peut être formé par des ailettes de refroidissement 44 qui s’étendent sensiblement perpendiculairement depuis la paroi plane transversale 42s, 42i de chaque conduit tubulaire 40. La longueur desdites ailettes 44 varie en croissant linéairement d’amont en aval selon le sens de circulation du liquide c’est-à-dire depuis l’extrémité de la paroi transversale 42s,42i tournée vers l’orifice transversal 19t jusqu’à l’extrémité opposée tournée vers l’orifice de sortie 32. La variation en croissance des longueurs des ailettes est également faible et inférieure à 9% correspondant à l’angle de d’inclinaison de la paroi transversale 42s,42i du conduit tubulaire 40. Ainsi, les ailettes 44 participent à diriger le flot de liquide de refroidissement tout en améliorant les échanges thermiques.
L’objectif est atteint : l’unité de refroidissement 100 avec le carter 19 comporte une chambre logeant des conduits tubulaires destinés au passage de gaz ou d’air et comprenant un orifice d’entrée et un orifice de sortie disposés à des extrémités opposées du carter, chacun des conduits tubulaires comprenant un déflecteur apte à diriger le flot de liquide en direction de l’orifice de sortie 32 de manière simple et peu couteuse, en améliorant les échanges thermiques entre le liquide et les gaz.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
L’échangeur peut être un échangeur à double flux pour les échanges de chaleur entre le liquide de refroidissement et d’une part de l’air chaud provenant d’une étape préalable de compression, et d’autre part des gaz brulés recirculés.
La section transversale 42s,42i des conduits tubulaires 40 peut présenter des formes optimisées par exemple une courbure pour présenter un effet déflecteur du flot de liquide.
Etat de la technique
De manière connue, un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique comprend un circuit d’admission d’air pour amener de l’air frais capté généralement au niveau de la face avant du véhicule puis filtré grâce à un filtre à air, vers le moteur thermique.
De manière connue, un moteur thermique peut comprendre un système de suralimentation afin d’accroitre les performances dudit moteur. Le système de suralimentation comprend un étage de compression d’air avant son admission dans le moteur pour être mélangé avec du carburant. Cet étage de compression peut être associé avec un étage de turbine pour former ensemble un turbocompresseur ou être un module de compression électrique.
Pour améliorer le rendement dudit moteur thermique, l’air frais est compressé au passage de l’étage de compression, ce qui entraine une augmentation de sa température, ce qui est susceptible de réduire l’efficacité du moteur.
Il est donc connu de faire passer l’air compressé après l’étage de compression et en amont de l’admission dans les cylindres du moteur, dans un étage de refroidissement appelé couramment « precooler » qui est formé par un échangeur air-eau. Dans ledit échangeur, l’air circule en contact par exemple dans des tubes logés dans une chambre dans laquelle circule de l’eau de refroidissement provenant d’un circuit de refroidissement du moteur. Le circuit de refroidissement peut passer par exemple au travers du moteur pour refroidir également des parties portées à haute température du moteur comme le carter-cylindres et la culasse, l’eau de refroidissement se chargeant alors de calories, et puis par un radiateur pour permettre une dépose desdites calories et leur évacuation. La circulation de l’eau de refroidissement est effectuée grâce à une pompe à eau entrainée par le moteur thermique ou par une pompe à eau électrique.
Pour réduire des rejets de polluants générés par la combustion, des gaz brulés peuvent être ramenés depuis l’échappement c’est-à-dire en aval de la combustion dans les cylindres, vers les conduits d’admission du moteur. Les gaz sont nommés gaz recirculés. On a différents types de gaz brulés recirculés :
-des gaz recirculés haute pression prélevés depuis le circuit d’échappement en amont selon le sens d’écoulement des gaz de dispositifs de dépollution comme par exemple un catalyseur ou piège à oxyde d’azote (Nox). De manière générale, les gaz brulés recirculés haute pression sont prélevés directement depuis un collecteur d’échappement fixé à une face d’échappement de la culasse, du côté latéral opposé à la face d’admission et sont envoyés ensuite vers les conduits d’admission ou dans le répartiteur d’admission.
-des gaz brulés recirculés basse pression prélevés dans le circuit d’échappement et de manière connue après un dispositif de dépollution. Les gaz brulés recirculés basse pression sont donc prélevés en aval d’un dispositif d’échappement et renvoyés vers l’admission du moteur
-des gaz de blow-by ou de vapeurs d’huile prélevés depuis un décanteur fixé généralement à la culasse.
De manière connue, les gaz recirculés sont refroidis avant d’être mélangés avec l’air frais ou compressé en amont de l’admission dans les cylindres du moteur.
L’invention concerne le refroidissement des gaz recirculés ou d’air compressé chaud à l’admission d’un moteur thermique.
Le document US 2011/0139133 décrit un moteur à combustion interne qui est équipé d’un système de refroidissement particulier. Lors d’un démarrage à froid du moteur, ce système de « refroidissement » est utilisé pour réchauffer le moteur en utilisant la chaleur dégagée par les gaz brûlés.
Pour cela, le système de refroidissement comporte un échangeur de chaleur qui fait circuler un fluide caloporteur autour du circuit de gaz recirculés, ce qui permet au fluide caloporteur de récupérer une partie de la chaleur des gaz brûlés. Le fluide caloporteur circule ensuite autour des cylindres et leur cède une partie de la chaleur récupérée.
Le document FR3079880-A1 propose un carter apte à loger un échangeur de chaleur pour le refroidissement des gaz recirculés haute pression et un échangeur de chaleur pour le refroidissement de l’air compressé en amont de conduits d’admission du moteur thermique.
Le document propose que les entrées de gaz recirculés et d’air mélangé sont toutes deux tournées vers la face échappement du moteur, ce qui permet d’obtenir un dispositif de refroidissement compact mais moins efficace. De plus, les températures des gaz étant très élevées, la température du carter peut être sensiblement augmentée à certains endroits notamment à proximité des entrées de gaz, pouvant générer des dilatations importantes.
Un inconvénient est l’échange de chaleur entre le liquide de refroidissement et les gaz brulés ou l’air compressé. Il est nécessaire de disposer de surfaces d’échange importantes ce qui réduit les sections de passage de liquide de refroidissement qui vient lécher les parois desdits conduits de passage de gaz ou d’air compressé.
Un autre inconvénient est que le parcours du fluide peut entrainer d’importantes pertes de charge, ce qui peut amener un débit moindre de fluide ou une consommation plus importante d’énergie notamment par la pompe à eau du moteur.
L’invention propose un échangeur doté d’un circuit interne d’eau qui pallie les problèmes cités.

Claims (10)

  1. Echangeur (16) de chaleur eau-gaz pour moteur de véhicule automobile comportant une bouche d’entrée (31, 19t) et une embouchure de sortie (19t,32) d’eau, et traversé par les gaz selon un premier axe au travers de conduits tubulaires (40) logés dans une chambre (33, 35) et qui sont baignés dans l’eau circulant dans ladite chambre, la section de passage de chaque conduit tubulaire (40) étant oblongue et de forme sensiblement rectangulaire,
    Caractérisé en ce que chaque conduit tubulaire (40) comporte au-moins un déflecteur (41) pour diriger la circulation d’eau vers l’embouchure de sortie (19t, 32) de l’échangeur.
  2. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (41) est partie de la paroi du conduit tubulaire.
  3. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque conduit tubulaire (40) comprend une première paroi plane transversale (42s) inclinée dirigée vers l’embouchure de sortie (19t, 32) de l’échangeur.
  4. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque conduit tubulaire (40) comprend une deuxième paroi plane transversale (42i) opposée à la première paroi (42s) présentant une inclinaison opposée à l’inclinaison de ladite première paroi.
  5. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit tubulaire présente une épaisseur séparant la première (42s) et la deuxième paroi (42i) transversales variable linéairement d’une extrémité transversale à l’extrémité opposée du conduit selon le sens de circulation du liquide de refroidissement.
  6. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’épaisseur du conduit tubulaire croit d’une première extrémité amont à la deuxième extrémité aval selon le sens d’écoulement du flux de liquide.
  7. Echangeur de chaleur (16) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l’angle de variation de l’épaisseur est inférieur à 5°.
  8. Echangeur de chaleur (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’axe médian (Pc) transversal de la section transversale de passage est sensiblement incliné vers l’embouchure de sortie.
  9. Echangeur de chaleur (16) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la paroi transversale (42s,42i) des conduits tubulaires (40) porte des ailettes (44).
  10. Echangeur de chaleur (16) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la longueur des ailettes (44) est variable depuis l’amont vers l’aval de la paroi plane transversale (42s, 42i).
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