WO2018153500A1 - Ensemble avec une vanne à arbre d'entraînement refroidi pour ligne d'échappement - Google Patents

Ensemble avec une vanne à arbre d'entraînement refroidi pour ligne d'échappement Download PDF

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WO2018153500A1
WO2018153500A1 PCT/EP2017/056168 EP2017056168W WO2018153500A1 WO 2018153500 A1 WO2018153500 A1 WO 2018153500A1 EP 2017056168 W EP2017056168 W EP 2017056168W WO 2018153500 A1 WO2018153500 A1 WO 2018153500A1
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WO
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drive shaft
actuator
fluid box
exhaust gas
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PCT/EP2017/056168
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Frédéric Greber
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Faurecia Systemes D'echappement
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention generally relates to exhaust systems equipped with energy recovery system.
  • an exhaust line assembly of the type comprising:
  • heat exchanger having an exhaust gas flow side having an exchanger inlet connected to the exhaust gas inlet and an exchanger outlet connected to the exhaust gas outlet; heat exchanger further having a circulation side of a coolant having a coolant inlet and a heat transfer fluid outlet;
  • bypass duct defining a passage path for the exhaust gases from the exhaust gas inlet to the exhaust gas outlet bypassing the heat exchanger
  • valve regulating quantities of exhaust gases circulating respectively through the heat exchanger and through the bypass duct, the valve having a valve body traversed internally by the exhaust gases, a flap disposed at the inside the valve body and movable relative to the valve body, and a drive shaft of the flap.
  • Such an assembly is known for example from FR 2 966 873.
  • the drive shaft is heated at high temperature by the exhaust gases flowing in the bypass duct.
  • the temperature of the drive shaft, at the end connected to the actuator reaches 550 to 600 ° C.
  • the guide bearing of the shaft, the actuator and the drive train coupling the actuator to the drive shaft must therefore withstand extremely high temperatures.
  • Such actuators typically include a plastic housing, as well as plastic gears.
  • the engine and its electronics do not support temperatures above 120 or 140 ° C, depending on the case.
  • it is generally necessary to move the output shaft of the actuator away from the drive shaft so as to limit direct thermal conduction. It is also common to add heat shields between the actuator and the valve.
  • the actuator is generally attached to very hot parts of the assembly, by means of tabs. These tabs transmit conduction heat to the actuator. To remedy this problem, it is possible to move the actuator away. However, this makes the whole less compact and sensitive to vibration.
  • the invention aims to propose a set in which the problems mentioned below are removed or attenuated.
  • the invention relates to an exhaust line assembly of the aforementioned type, characterized in that the assembly comprises a fluid box, fluidly communicating with the heat transfer fluid circulation side, arranged around the shaft for cooling said drive shaft.
  • the heat transfer fluid circulating in the heat exchanger is used to cool the drive shaft.
  • This heat transfer fluid can be easily diverted to the fluid box, since the valve is disposed immediately near the heat exchanger.
  • the maximum temperature of the coolant is of the order of 120 ° C. It is therefore significantly lower than the temperature of the drive shaft and can cool it very effectively. This keeps the actuator at a suitable temperature. This also makes it possible to maintain the kinematic chain and the guide bearing of the drive shaft at temperatures much lower than the temperatures known in the state of the art. Consequently, it is possible to use less expensive or more efficient materials, in particular more leaktight with regard to the exhaust gases, in order to limit leakage to the outside. This also makes it possible to reduce the friction between the drive shaft and the bearing, and also to make the bearing more durable.
  • the kinematic chain connecting the actuator to the drive shaft can be simplified, and especially the actuator can be moved closer to the drive shaft.
  • the set may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the fluid box has at least first and second orifices, the first orifice being fluidly connected to one of the coolant inlet or the outlet heat transfer fluid, the second port being adapted to be connected to a heat recovery circuit;
  • the fluid box has a third orifice communicating with the other of the coolant inlet or the coolant outlet, and has a fourth orifice fluidly communicating with the third orifice through the fluid box, the fourth orifice; being intended to be connected to the heat recovery circuit;
  • the valve comprises at least one guide bearing of the drive shaft disposed in the fluid box;
  • the fluid box internally delimits a circulation passage between the first orifice and the second orifice, forming a restriction at the level of the guide bearing;
  • the fluid box comprises a lower half-shell and an upper half-shell attached sealingly to the lower half-shell, preferably in a removable manner;
  • the lower half-shell is rigidly fixed to the guide bearing and to the heat exchanger;
  • the assembly comprises an actuator and a kinematic chain by which the actuator drives the drive shaft of the flap, the actuator being fixed to the fluid box, outside the fluid box;
  • the drive shaft protrudes from the fluid box, the assembly having a skirt sealingly connecting the actuator to the fluid box around the drive shaft;
  • the actuator is an electric motor comprising an output shaft, the kinematic chain comprising a gear coupling rotatably coupling the output shaft and the drive shaft;
  • the reducer is disposed in a cavity defined between the fluid box and a cap sealingly attached to the fluid box;
  • the cover has an opening through which the gearbox is connected to the output shaft, the actuator being sealingly connected to the cover around the opening;
  • the assembly comprises an actuator and a kinematic chain through which the actuator drives the drive shaft of the flap, the actuator being placed inside the fluid box;
  • the guide bearing has fins in contact with the heat transfer fluid
  • the invention relates to an exhaust line comprising an assembly having the following characteristics:
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of an exhaust line equipped with an assembly according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of an assembly according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a sectional view of the assembly of Figure 2, taken in a plane passing through the drive shaft;
  • FIG. 4 is a view similar to that of Figure 2, some elements of the assembly having been removed to reveal the lower half-shell of the fluid box;
  • FIG. 5 is a perspective view similar to FIG. 4, a portion of the upper half-shell being shown;
  • FIG. 6 is an exploded view of the assembly of FIG. 7;
  • FIG. 7 is a perspective view of the actuator of FIG. 6, showing the skirt and the gasket;
  • FIG. 8 is a perspective view of a variant of the first embodiment of the invention.
  • FIGS. 9 and 10 are perspective views of the assembly of Figure 8, some elements having been removed to reveal the internal components of this set;
  • FIGS 1 1 and 12 are perspective views of two variants of a second embodiment of the invention, the upper half-shell of the fluid box is not shown to reveal the components housed in the inside the fluid box;
  • FIG. 13 is a simplified schematic representation of an alternative embodiment of the invention.
  • the assembly 1 is intended to be integrated in a vehicle exhaust line 2, including a motor vehicle such as a car or a truck, as shown in Figure 1.
  • the assembly 1 has at least one exhaust gas inlet 3 and an exhaust gas outlet 5.
  • the exhaust gas inlet 3 is fluidly connected to a manifold C, collecting the exhaust gas leaving the combustion chambers of the engine M of the vehicle.
  • other equipment such as a turbo-compressor and one or more depollution devices are interposed between the collector C and the exhaust gas inlet 3.
  • the exhaust gas outlet 5 fluidly communicates with a cannula A through which the exhausted exhaust gases are released into the atmosphere.
  • other equipment such as one or more silencers and one or more depollution devices are interposed between the cannula A and the exhaust gas outlet 5.
  • the assembly 1 comprises a heat exchanger 7, having an exhaust gas circulation side G and a circulation side F of a heat transfer fluid ( Figure 1).
  • the exhaust gas and the heat transfer fluid are in thermal contact with each other in the heat exchanger 7, the exhaust gas yielding a portion of their heat energy to the heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 7 is visible more clearly in FIGS. 4 and 5. It is of any suitable type: with tubes, with plates, etc.
  • the heat transfer fluid is of any suitable type.
  • the coolant is water, optionally containing additives such as antifreeze products, including antifreezes typically comprising glycol.
  • the exhaust gas circulation side G has an exchanger inlet EG connected to the exhaust gas inlet 3 and a heat exchanger outlet SG connected to the exhaust gas outlet 5 (FIG. 1).
  • the coolant circulation side F has a heat transfer fluid inlet 9 and a heat transfer fluid outlet 11 (FIGS. 1, 4 and 5). Alternative traffic is in the opposite direction.
  • the assembly 1 further comprises a bypass duct 13, defining a passage path for the exhaust gases from the exhaust gas inlet 3 to the exhaust gas outlet 5 by passing the heat exchanger heat 7. This means that the exhaust gases passing the bypass duct 13 flow directly from the inlet 3 to the outlet 5 without passing through the heat exchanger 7.
  • the assembly 1 further comprises a valve 15 regulating the amounts of exhaust gas flowing respectively through the heat exchanger 7 and through the bypass duct 13 ( Figures 1, 2, 4 and 5).
  • the valve 15 is placed at the outlet 5 of the exhaust gas.
  • the assembly 1 typically comprises a cone 17 fluidly connecting the exhaust gas inlet 3 to the exchanger inlet EG and to an upstream end of the bypass duct 13.
  • valve 15 comprises a valve body 19 traversed internally by the exhaust gas, a flap 21 disposed inside the valve body 19 and movable relative to the valve body 19, and a shaft 23. shutter 21 training.
  • the valve body 19 fluidly connects the exhaust gas outlet 5 to the exchanger outlet SG and also to the downstream end of the bypass duct 13.
  • valve 15 is placed at the level of the inlet 3.
  • the assembly 1 also typically comprises an actuator 25 and a drive train 27 through which the actuator 25 drives the drive shaft 23 (FIGS. 2 and 3).
  • the flap 21 typically moves rotatably with respect to the valve body 19.
  • the valve 15 is for example a regulating valve.
  • the flap 21 is capable of being placed at a plurality of positions with respect to the valve body 19. This makes it possible to vary the passage sections offered to the exhaust gas flowing respectively from the outlet of the exchanger SG to the exhaust gas outlet 5 and from the downstream end of the bypass duct 13 to the exhaust gas outlet 5.
  • valve 15 is an all-or-nothing valve.
  • the flap 21 is capable of adopting either a heat exchange position in which the flap 21 prevents the circulation of exhaust gas in the bypass duct 13, or a bypass position in which the flap 21 prevents the circulation of exhaust gases in the heat exchanger 7.
  • the drive shaft 23 is not located in the main stream of exhaust gas. It is disposed along a wall of the valve body 19, between the heat exchanger 7 and the bypass duct 13. Likewise, the flap is of the "door” and not “butterfly” type. It is fixed by an edge on the drive shaft. In bypass position, it is not in the main flow of exhaust gas. The heat transfers of the exhaust gases to the drive shaft 23 are thus limited.
  • the assembly 1 comprises a fluid box 29, fluidly communicating with the coolant circulation side F, arranged around the drive shaft 23 so as to cool said drive shaft 23 (FIGS. ).
  • fluid box is meant here a hollow volume, internally defining a passage through the heat transfer fluid.
  • the drive shaft 23 is in thermal contact with the coolant flowing through the fluid box, which allows to cool the shaft.
  • the fluid box 29 has first and second openings 31, 33.
  • the first orifice 31 is fluidly connected to the heat transfer fluid outlet 11.
  • the second orifice 33 is provided to be connected to a not shown heat recovery circuit.
  • the assembly 1 then typically comprises an inlet duct 35 fixed to the heat exchanger and communicating with the heat transfer fluid inlet 9 (FIG. 2). It also comprises an outlet duct 37 fixed to the orifice 33 (FIG. 2).
  • the heat recovery circuit is provided to recover a portion of the heat energy of the exhaust gas and transfer it to another circuit or other vehicle component. For example, it transfers this heat energy to the heating circuit of the passenger compartment, or to the cooling fluid of the engine, etc.
  • the coolant circulates in a loop in the heat recovery circuit.
  • the first orifice 31 is fluidly connected to the coolant inlet 9.
  • the inlet duct 35 is connected to the second orifice 33, and the outlet duct 37 is fluidly connected to the heat transfer fluid outlet 11.
  • the valve 15 comprises a bearing 39 for guiding the drive shaft 23 (FIGS. 3 and 4).
  • this bearing 39 is rigidly fixed to the valve body 19, outside thereof.
  • the guide bearing 39 is disposed in the fluid box 29.
  • the guide bearing 39 is in direct contact with the heat transfer fluid circulating inside the fluid box.
  • the drive shaft 23 is engaged in the bearing 39. It is not in direct contact with the heat transfer fluid circulating in the fluid box 29. It is cooled by conduction through the bearing 39 ( Figure 3).
  • the fluid box 29 defines internally a circulation passage 41 between the first orifice 31 and the second orifice 33, forming a restriction 43 at the guide bearing 39 (FIG. 4).
  • the passage section offered to the heat transfer fluid along the circulation passage 41 is lower at the level of the restriction 43 than in the rest of the passage 41. This also contributes to increasing the speed of circulation of the fluid in contact with the guide bearing 39, and thus to improve the cooling of this bearing.
  • the guide bearing 39 is maintained at a moderate temperature, it is possible to use high performance materials to achieve it.
  • the guide bearing 39 comprises a metal support 45 and a graphite impregnated metal knit ring 47 (FIG. 3).
  • the support 45 has a cylindrical lateral wall 49 closed at one end by a bottom 51.
  • the ring 47 is placed inside the cylindrical wall 49.
  • the bottom 51 is sealed in an orifice 52 of the valve body 19. It has a central hole 53.
  • the drive shaft 23 passes successively through the central hole 53 and inside the ring 47.
  • the fluid box 29 advantageously comprises a lower half-shell 55 and an upper half-shell 57 sealingly connected to the lower half-shell 55 (FIGS. 3 to 5).
  • the lower and upper half-shells 55, 57 are for example welded in a sealed manner with each other. More specifically, the respective peripheral edges of the lower and upper half-shells 55, 57 are sealed to one another.
  • the lower and upper half-shells 55, 57 are removably attached to one another. This opens the fluid box to exchange a coin. Preferably, a seal is then interposed between the lower and upper half-shells.
  • the upper half-shell may advantageously be made of a plastic material.
  • the lower half-shell 55 is typically made of a metallic material.
  • the lower half-shell 55 has for example the shape of a concave cup. It's typically come from stamping.
  • the lower half-shell 55 is rigidly fixed to the guide bearing 39 and to the heat exchanger 7.
  • the lower half-shell 55 is typically welded to the bearing 39, more precisely to the support 45.
  • the first orifice 31 is advantageously formed in the lower half-shell 55. It is placed in coincidence with the outlet 1 1, or the inlet 9 if appropriate.
  • the lower half-shell 55 is sealed to the outer shell of the heat exchanger 7, around the outlet 1 1 or the inlet 9.
  • the upper half-shell 57 closes the fluid box 29.
  • the second orifice 33 is formed in the lower half-shell 55.
  • the second orifice 33 is formed in the upper half-shell 57.
  • the actuator 25 is fixed to the fluid box 29, outside the fluid box 29.
  • the actuator 25 is attached only to the fluid box 29.
  • the actuator 25 is fixed to the upper half-shell 57, for example by means of screws 61 welded to the half-shell 57, visible in FIGS. 2 and 6.
  • the actuator 25 is attached to a member cooled by the circulation of the coolant. It can be fixed without the interposition of a heat shield, and near the valve body. It is not necessary to move it away from the valve body, to limit heat transfer by conduction along the fasteners.
  • the upper half-shell 57 has an opening 63, in which is engaged an upper end of the guide bearing 39. The edge of the opening 63 is sealed on the bearing 39.
  • One end 65 of the drive shaft 23 leaves the guide bearing 39 and protrudes outside the fluid box 29.
  • the end 65 is connected to the actuator 25 by the drive train 27.
  • the actuator 25 and the drive train 27 are of any suitable type.
  • the actuator 25 is an electric motor, provided with a rotary output shaft 67 (see Figure 2).
  • the actuator 25 is a wax actuator, or a shape memory spring.
  • the kinematic chain 27 is of any suitable type.
  • the kinematic chain comprises an Oldham seal, for transmitting a torque from the output shaft 67 to the drive shaft 23 while thermally decoupling the two shafts from each other.
  • the assembly 1 comprises a skirt 69 sealingly connecting the actuator 25 to the fluid box 29 around the drive shaft 23 (FIGS. 2, 6 and 7).
  • Such a skirt has two functions.
  • the skirt 69 also makes it possible to prevent exhaust gas leakage to the outside. Indeed, the exhaust gases possibly up along the drive shaft 23, between the shaft 23 and the bearing 39, are confined in the space defined by the skirt 69 between the actuator 25 and the box. with fluid 29.
  • the actuator 25 has an outer envelope 71, the skirt 69 being integral with the envelope 71. Typically, it came from matter with the envelope 71.
  • the skirt 69 has a closed-contour free edge 73 bearing a seal 75 also with a closed contour.
  • the seal 75 is clamped between the free edge 73 and the fluid box 29, more precisely between the free edge 73 and the upper half-shell 57.
  • the skirt 69 has ears 77 cooperating with the screws 61 to fix the actuator 25 on the fluid box 29.
  • the skirt 69 delimits internally a volume in which is housed the kinematic chain 27.
  • the kinematic chain 27 comprises a gear unit 79 rotatably coupling the output shaft 67 to the drive shaft 23.
  • a gear unit 79 rotatably coupling the output shaft 67 to the drive shaft 23.
  • the reducer 79 typically comprises a pinion 81 fixed to the output shaft 67, and a toothed wheel 83 fixed to the drive shaft 23.
  • the gear wheel 83 meshes directly with the pinion 81, or alternatively is rotated by pinion 81 via one or more other gear wheels.
  • the reducer 79 is placed in a cavity 85 defined between the fluid box 29 and a cap 87 sealingly attached to the fluid box 29.
  • the upper half-shell 57 has a hollow zone 89 in which is placed the reducer 79.
  • the cap 87 is a stamped, concave part, closing the recessed area 89.
  • the upper half-shell 57 The cap 87 is then sealed by its peripheral edge on the upper half-shell 57.
  • the cover 87 advantageously has an opening 91 through which the reducer 79 is connected to the output shaft 67 of the actuator (FIG. 10).
  • the actuator is sealed to the cover 87 around the opening 91 (FIGS. 8 and 10).
  • the outer casing 71 of the actuator carries a contour seal closed, surrounding the output shaft 67.
  • the seal 93 is clamped between the outer shell 71 and the cover 87, and is placed around the opening 91.
  • the cover 87 plays the same role as the skirt 69. It protects the driveline from external aggression, and prevents the escape of exhaust gas to the outside of the assembly 1.
  • the actuator 25 rotates the drive shaft 23 via the drive train 27. This allows the flap 21 to be moved relative to the valve body 19, and to adjust the quantities of exhaust gas flowing through the heat exchanger 7 and through the bypass duct 13.
  • the coolant circulates continuously inside the heat exchanger 7. Before entering the heat exchanger, or after leaving the heat exchanger, it passes through the fluid box 29.
  • the shape of the passage circulation 41 constrains the heat transfer fluid to circulate around the guide bearing 39.
  • the exhaust gases circulating in the assembly 1 yield part of their heat energy to the drive shaft 23. This heat energy rises by conduction along the drive shaft 23 and through the guide bearing 39. It is evacuated by the heat transfer fluid circulating inside the fluid box 29.
  • the flap disappears and is not in full flow in bypass position.
  • the drive shaft is also not in full flow.
  • the mass of the drive shaft is very limited, for example of the order of 7 grams.
  • the exchange density between the gas and the flap or the drive shaft is significantly lower than the exchange density between the heat transfer fluid and the bearing.
  • the exchange density for the coolant is 2000 W / m 2 ° K against 400 W / m 2 ° K for the exhaust gas.
  • the thermal conductivity of the material constituting the guide bearing is much greater than the thermal conductivity of the drive shaft (40 W / m ° K versus 20 W / m ° K).
  • the actuator 25 is placed inside the fluid box 29.
  • the guide bearing 39 and the kinematic chain 27 are also placed inside the fluid box 29.
  • the actuator 25 is of any suitable type.
  • the actuator 25 comprises a shape memory spring 95 (FIG. 11).
  • Such a shape memory spring is described for example in the patent application FR 1660130.
  • such an actuator comprises a rod 97 on which is threaded a ring 99 free to slide along the rod.
  • the shape memory spring 95 is a helical spring, which has a first end attached to the rod 97 and a second end attached to the ring 99.
  • the shape memory spring 95 is rigid. Beyond the predetermined temperature, the shape memory spring 95 becomes elastic, its length varying depending on the temperature.
  • the kinematic chain 27 comprises a lever 103, having a first end 105 rigidly fixed to the transmission shaft 23, and a second end 105 connected to the ring 99 by a pivoting connection.
  • the displacement of the ring 99 along the rod 97 under the effect of temperature variations causes the lever 103 to rotate relative to the valve body 19.
  • a seal 107 is interposed between the drive shaft 23 and the guide bearing 39. This seal separates the exhaust gas from the heat transfer fluid. In particular, it makes it possible to prevent the exhaust gases from rising along the drive shaft 23 and to penetrate inside the fluid box 29.
  • the seal 107 is a closed contour seal, for example an O-ring. It is in an elastic material such as rubber, EPDM, silicone or any other suitable material.
  • the guide bearing 39 has fins 109 in contact with the heat transfer fluid.
  • the bearing 39 preferably comprises a central cylindrical portion 1 January 1, a lower end is engaged in the orifice 52 of the valve body. This end is sealed welded to the valve body.
  • the drive shaft 23 is engaged inside the central cylindrical portion 1 1 1.
  • the seal 107 is placed in a groove formed at the periphery of the drive shaft 23, and bears against a radically internal surface of the central cylindrical portion 11 January.
  • the fins 109 are formed on the radially outer surface of the central cylindrical portion 11 January.
  • the height of the bearing 39, the dimensions of the fins 109, and the number of fins 109, are chosen according to the amount of heat transferred by the exhaust gases to the drive shaft 23, this quantity to be transferred. to the coolant.
  • the drive shaft 23 is hollow. It comprises a cylindrical central part 1 13, hollow, closed at its two opposite ends by solid parts 1 15. The groove receiving the seal 107 is hollowed in one of the end portions 1 15.
  • bypass duct 13 and the heat exchanger 7 have different shapes from those of the duct 13 and the heat exchanger 7 of FIGS. 2 to 10. In a variant, they have the same shapes.
  • the actuator 25 is a wax actuator (FIG. 12).
  • This actuator 25 comprises a wax cartridge, not visible.
  • the volume of the wax changes depending on the temperature.
  • the actuator 25 also comprises a lever 121, moved longitudinally under the effect of variations in the volume of the wax.
  • the lever 121 is connected by a link 123 to the end of the drive shaft 23.
  • a return spring 125 recalls the lever 121 in a longitudinal direction, towards a rest position.
  • the drive shaft 23 and the guide bearing 39 are as described above with reference to Figure 1 1.
  • the lower and upper half-shells 55, 57 are advantageously fixed to one another in a disassemblable manner, to allow the replacement or maintenance of the actuator 25.
  • the upper half-shell is preferably made of a plastic material.
  • the fluid box 29 comprises third and fourth orifices 151, 153. If the first port 31 communicates with the heat transfer fluid outlet 1 1, then the third port 151 is in fluid communication with the coolant inlet 9.
  • the fourth port 153 fluidly communicates with the third port 151 through the fluid box 29.
  • the fourth port 153 is then connected to the heat recovery circuit through the inlet conduit 35.
  • the third port 151 communicates with the heat transfer fluid outlet 1 January.
  • the fourth orifice 153 is connected to the heat recovery circuit via the outlet duct 37.
  • the fluid box 29 is thus arranged to internally delimit two circulation passages, a circulation passage between the first and second orifices 31, 33, and another circulation passage between the third and fourth orifices 151, 153.
  • This embodiment is particularly advantageous when the heat exchanger 7 is small.
  • the fluid box 29 will cover substantially the entire surface of the heat exchanger 7.
  • the tubes 35 and 37 are welded not directly to the heat exchanger 7 but to the fluid box 29, which is much more accessible.
  • the drive shaft 23 may not be cooled by the heat transfer fluid through the guide bearing, but be directly in contact with the heat transfer fluid.
  • the invention has many advantages.
  • the invention makes it possible to protect the bearing 39 from heat, and thus to use lower cost materials or more efficient materials for the constitution of this guide bearing.
  • the invention still makes it possible to construct all the dimension chains from the position of the guide bearing and the drive shaft. This avoids having complex constructions so as to respect the odds chains.
  • the invention also makes it possible to simplify the welding of the inlet and / or outlet ducts on the exchanger, since the outlet tube and / or the inlet tube are offset at the level of the fluid box.
  • the invention makes it possible to protect the electronic components and the motor from heat, in the case where the actuator is an electric motor.
  • the overall size of the assembly is reduced.

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Abstract

L'ensemble (1) comprend un échangeur de chaleur (7), un conduit de bipasse (13), définissant un chemin de passage pour les gaz d'échappement bipassant l'échangeur de chaleur (7), une vanne (15) réglant des quantités de gaz d'échappement circulant respectivement à travers l'échangeur de chaleur (7) et à travers le conduit de bipasse (13), la vanne (15) ayant un arbre (23) d'entraînement. Selon l'invention, l'ensemble (1) comprend une boîte à fluide (29), communiquant fluidiquement avec le côté (F) de circulation du fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur, agencée autour de l'arbre d'entraînement (23) de manière à refroidir ledit arbre d'entraînement (23).

Description

Ensemble avec une vanne à arbre d'entraînement refroidi pour ligne
d'échappement
L'invention concerne en général les lignes d'échappement équipées de système de récupération d'énergie.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect un ensemble pour ligne d'échappement, du type comprenant :
- un échangeur de chaleur, ayant un côté de circulation des gaz d'échappement présentant une entrée d'échangeur raccordée à l'entrée de gaz d'échappement et une sortie d'échangeur raccordée à la sortie de gaz d'échappement, l'échangeur de chaleur ayant en outre un côté de circulation d'un fluide caloporteur présentant une entrée de fluide caloporteur et une sortie de fluide caloporteur;
- un conduit de bipasse, définissant un chemin de passage pour les gaz d'échappement depuis l'entrée de gaz d'échappement jusqu'à à la sortie de gaz d'échappement en bipassant l'échangeur de chaleur ;
- une vanne réglant des quantités de gaz d'échappement circulant respectivement à travers l'échangeur de chaleur et à travers le conduit de bipasse, la vanne ayant un corps de vanne parcouru intérieurement par les gaz d'échappement, un volet disposé à l'intérieur du corps de vanne et mobile par rapport au corps de vanne, et un arbre d'entraînement du volet.
Un tel ensemble est connu par exemple de FR 2 966 873. Dans un tel ensemble, l'arbre d'entraînement est porté à haute température par les gaz d'échappement circulant dans le conduit de bipasse. Pour une température de gaz de 850°C, la température de l'arbre d'entraînement, à l'extrémité raccordée à l'actionneur, atteint 550 à 600°C. Le palier de guidage de l'arbre, l'actionneur et la chaîne cinématique accouplant l'actionneur à l'arbre d'entraînement doivent donc résister à des températures extrêmement élevées.
Ceci a d'abord pour conséquence que les matériaux utilisés pour le palier et les éléments de la chaîne cinématique sont choisis pour leur résistance à la température, mais présentent d'autres défauts. Il est notamment difficile d'éliminer les bruits produits lors de la rotation du volet. Par ailleurs, à haute température il se crée des jeux importants à cause de la dilatation de l'axe par rapport au palier. Il se produit également des fuites de gaz le long de l'arbre vers l'extérieur de la ligne d'échappement.
Il est courant d'utiliser un moteur électrique pour l'entraînement du volet. De tels actionneurs comportent typiquement un carter en plastique, ainsi que des engrenages en plastique. Ainsi, le moteur et son électronique ne supportent pas les températures supérieures à 120 ou 140°C, selon les cas. En conséquence, il est généralement nécessaire d'éloigner l'arbre de sortie de l'actionneur de l'arbre d'entraînement, de manière à limiter la conduction thermique directe. Il est fréquent également d'ajouter des écrans thermiques entre l'actionneur et la vanne.
Par ailleurs, l'actionneur est généralement fixé à des parties très chaudes de l'ensemble, par l'intermédiaire de pattes. Ces pattes transmettent par conduction la chaleur à l'actionneur. Pour remédier à ce problème, il est possible d'éloigner l'actionneur. Toutefois, ceci rend l'ensemble moins compact et sensible aux vibrations.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un ensemble dans lequel les problèmes mentionnés ci-dessous sont supprimés ou atténués.
A cette fin, l'invention porte sur un ensemble pour ligne d'échappement du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble comprend une boîte à fluide, communiquant fluidiquement avec le côté de circulation du fluide caloporteur, agencée autour de l'arbre d'entraînement de manière à refroidir ledit arbre d'entraînement.
Ainsi, dans l'invention, on utilise le fluide caloporteur circulant dans l'échangeur de chaleur pour refroidir l'arbre d'entraînement. Ce fluide caloporteur peut être facilement dérivé vers la boîte à fluide, puisque la vanne est disposée immédiatement à proximité de l'échangeur de chaleur.
La température maximale du fluide caloporteur est de l'ordre de 120°C. Elle est donc nettement moins élevée que la température de l'arbre d'entraînement et peut refroidir celui-ci de manière très efficace. Ceci permet de maintenir l'actionneur à une température adéquate. Ceci permet également de maintenir la chaîne cinématique et le palier de guidage de l'arbre d'entraînement à des températures très inférieures aux températures connues dans l'état de la technique. En conséquence, il est possible d'utiliser des matériaux moins onéreux, ou plus performants, notamment plus étanches vis-à-vis des gaz d'échappement pour limiter les fuites vers l'extérieur. Ceci permet également de diminuer la friction entre l'arbre d'entraînement et le palier, et également de rendre le palier plus durable.
La chaîne cinématique raccordant l'actionneur à l'arbre d'entraînement peut être simplifiée, et surtout l'actionneur peut être rapproché de l'arbre d'entraînement.
Ceci permet de rendre l'ensemble plus compact, et moins sensible aux vibrations.
L'ensemble peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la boîte à fluide présente au moins des premier et second orifices, le premier orifice étant raccordé fluidiquement à l'un de l'entrée de fluide caloporteur ou de la sortie de fluide caloporteur, le second orifice étant prévu pour être raccordé à un circuit de récupération de chaleur ;
- la boîte à fluide présente un troisième orifice communiquant avec l'autre de l'entrée de fluide caloporteur ou de la sortie de fluide caloporteur, et présente un quatrième orifice communiquant fluidiquement avec le troisième orifice à travers la boîte à fluide, le quatrième orifice étant prévu pour être raccordé au circuit de récupération de chaleur ;
- la vanne comporte au moins un palier de guidage de l'arbre d'entraînement, disposé dans la boîte à fluide ;
- la boîte à fluide délimite intérieurement un passage de circulation entre le premier orifice et le second orifice, formant une restriction au niveau du palier de guidage ;
- la boîte à fluide comprend une demi-coquille inférieure et une demi-coquille supérieure rapportée de manière étanche sur la demi-coquille inférieure, de préférence de manière amovible ;
- la demi-coquille inférieure est rigidement fixée au palier de guidage et à l'échangeur de chaleur ;
- l'ensemble comporte un actionneur et une chaîne cinématique par laquelle l'actionneur entraîne l'arbre d'entraînement du volet, l'actionneur étant fixé à la boîte à fluide, à l'extérieur de la boîte à fluide ;
- l'arbre d'entraînement fait saillie hors de la boîte à fluide, l'ensemble comportant une jupe raccordant de manière étanche l'actionneur à la boîte à fluide autour de l'arbre d'entraînement ;
- l'actionneur est un moteur électrique comprenant un arbre de sortie, la chaîne cinématique comprenant un réducteur accouplant en rotation l'arbre de sortie et l'arbre d'entraînement ;
- le réducteur est disposé dans une cavité délimitée entre la boîte à fluide et un capot fixé de manière étanche à la boîte à fluide ;
- le capot présente une ouverture à travers laquelle le réducteur est raccordé à l'arbre de sortie, l'actionneur étant lié de manière étanche au capot autour de l'ouverture ;
- l'ensemble comporte un actionneur et une chaîne cinématique par laquelle l'actionneur entraîne l'arbre d'entraînement du volet, l'actionneur étant placé à l'intérieur de la boîte à fluide ;
- un joint d'étanchéité est interposé entre l'arbre d'entraînement et le palier de guidage ;
- le palier de guidage présente des ailettes en contact avec le fluide caloporteur ;
- l'arbre d'entraînement est creux. Selon un second aspect, l'invention porte sur une ligne d'échappement comprenant un ensemble ayant les caractéristiques ci-dessous :
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'une ligne d'échappement équipeé d'un ensemble selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble selon un premier mode de réalisation l'invention ;
- la figure 3 est une vue en coupe de l'ensemble de la figure 2, pris dans un plan passant par l'arbre d'entraînement ;
- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 2, certains éléments de l'ensemble ayant été retirés pour laisser apparaître la demi-coquille inférieure de la boîte à fluide ;
- la figure 5 est une vue en perspective similaire à la figure 4, une partie de la demi-coquille supérieure étant représentée ;
- la figure 6 est une vue éclatée de l'ensemble de la figure 7 ;
- la figure 7 est une vue en perspective de l'actionneur de la figure 6, montrant la jupe et le joint d'étanchéité ;
- la figure 8 est une vue en perspective d'une variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 9 et 10 sont des vues en perspective de l'ensemble de la figure 8, certains éléments ayant été retirés pour laisser apparaître les composants internes de cet ensemble ;
- les figures 1 1 et 12 sont des vues en perspective de deux variantes d'un second mode de réalisation de l'invention, la demi-coquille supérieure de la boîte à fluide n'étant pas représentée pour laisser apparaître les composants logés à l'intérieur de la boîte à fluide ; et
- la figure 13 est une représentation schématique simplifiée d'une variante de réalisation de l'invention.
L'ensemble 1 est destiné à être intégré dans une ligne d'échappement 2 de véhicule, notamment d'un véhicule automobile tel qu'une voiture ou un camion, comme représenté sur la figure 1 .
L'ensemble 1 présente au moins une entrée de gaz d'échappement 3 et une sortie de gaz d'échappement 5. L'entrée de gaz d'échappement 3 est raccordée fluidiquement à un collecteur C, collectant les gaz d'échappement sortant des chambres de combustion du moteur M du véhicule. Typiquement, d'autres équipements tels qu'un turbo-compresseur et un ou plusieurs organes de dépollution sont interposés entre le collecteur C et l'entrée de gaz d'échappement 3.
La sortie de gaz d'échappement 5 communique fluidiquement avec une canule A à travers laquelle les gaz d'échappement dépollués sont relargués dans l'atmosphère. Typiquement, d'autres équipements tels qu'un ou plusieurs silencieux et un ou plusieurs organes de dépollution sont interposés entre la canule A et la sortie de gaz d'échappement 5.
Par ailleurs, l'ensemble 1 comprend un échangeur de chaleur 7, ayant un côté G de circulation des gaz d'échappement et un côté F de circulation d'un fluide caloporteur (figure 1 ).
Les gaz d'échappement et le fluide caloporteur sont en contact thermique les uns avec les autres dans l'échangeur de chaleur 7, les gaz d'échappement cédant une partie de leur énergie calorifique au fluide caloporteur.
L'échangeur de chaleur 7 est visible plus nettement sur les figures 4 et 5. Il est de tout type adapté : à tubes, à plaques, etc ..
Le fluide caloporteur est de tout type adapté. Par exemple, le fluide caloporteur est de l'eau, contenant éventuellement des additifs tels que des produits antigel, notamment les produits antigels comprenant typiquement du glycol.
Le côté G de circulation des gaz d'échappement présente une entrée d'échangeur EG raccordée à l'entrée de gaz d'échappement 3 et une sortie d'échangeur SG raccordée à la sortie de gaz d'échappement 5 (figure 1 ).
Le côté F de circulation du fluide caloporteur présente quant à lui une entrée de fluide caloporteur 9 et une sortie de fluide caloporteur 1 1 (figures 1 , 4 et 5). La circulation en variante est en sens inverse.
L'ensemble 1 comporte encore un conduit de bipasse 13, définissant un chemin de passage pour les gaz d'échappement depuis l'entrée de gaz d'échappement 3 jusqu'à la sortie de gaz d'échappement 5 en bipassant l'échangeur de chaleur 7. On entend par là que les gaz d'échappement empruntant le conduit de bipasse 13 circulent directement de l'entrée 3 à la sortie 5 sans passer par l'échangeur de chaleur 7.
L'ensemble 1 comporte encore une vanne 15 réglant les quantités de gaz d'échappement circulant respectivement à travers l'échangeur de chaleur 7 et à travers le conduit de bipasse 13 (figures 1 , 2, 4 et 5). Dans l'exemple représenté, la vanne 15 est placée au niveau de la sortie 5 de gaz d'échappement.
Dans ce cas, l'ensemble 1 comporte typiquement un cône 17 raccordant fluidiquement l'entrée de gaz d'échappement 3 à l'entrée d'échangeur EG et à une extrémité amont du conduit de bipasse 13.
Par ailleurs, la vanne 15 comporte un corps de vanne 19 parcouru intérieurement par les gaz d'échappement, un volet 21 disposé à l'intérieur du corps de vanne 19 et mobile par rapport au corps de vanne 19, et un arbre 23 d'entraînement du volet 21 .
Le corps de vanne 19 raccorde fluidiquement la sortie de gaz d'échappement 5 à la sortie d'échangeur SG et également à l'extrémité aval du conduit de bipasse 13.
En variante, la vanne 15 elle placée au niveau de l'entrée 3.
Dans cette variante de réalisation, les positions du cône 17 et du corps de vanne 19 sont inversées.
L'ensemble 1 comporte également typiquement un actionneur 25 et une chaîne cinématique 27 par laquelle l'actionneur 25 entraîne l'arbre d'entraînement 23 (figures 2 et 3).
Le volet 21 se déplace typiquement de manière rotative par rapport au corps de vanne 19.
La vanne 15 est par exemple une vanne réglante. Dans ce cas, le volet 21 est susceptible d'être placé à une pluralité de positions par rapport au corps de vanne 19. Ceci permet de faire varier les sections de passage offertes au gaz d'échappement circulant respectivement depuis la sortie d'échangeur SG jusqu'à la sortie de gaz d'échappement 5 et depuis l'extrémité aval du conduit de bipasse 13 jusqu'à la sortie de gaz d'échappement 5.
Alternativement, la vanne 15 est une vanne tout ou rien. Dans ce cas, le volet 21 est susceptible d'adopter soit une position d'échange de chaleur dans laquelle le volet 21 empêche la circulation de gaz d'échappement dans le conduit de bipasse 13, soit une position de bipasse dans laquelle le volet 21 empêche la circulation des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur 7.
On notera qu'avantageusement l'arbre d'entraînement 23 n'est pas situé dans le flux principal de gaz d'échappement. Il est disposé le long d'une paroi du corps de vanne 19, entre l'échangeur de chaleur 7 et le conduit de bipasse 13. De même, le volet est de type « porte » et non « papillon ». Il est fixé par un bord sur l'arbre d'entraînement. En position de bipasse, il n'est pas dans le flux principal de gaz d'échappement. Les transferts thermiques des gaz d'échappement vers l'arbre d'entraînement 23 sont ainsi limités. Avantageusement, l'ensemble 1 comporte une boîte à fluide 29, communiquant fluidiquement avec le côté F de circulation du fluide caloporteur, agencée autour de l'arbre d'entraînement 23 de manière à refroidir ledit arbre d'entraînement 23 (figures 2 à 5). Par boîte à fluide, on entend ici un volume creux, délimitant intérieurement un passage parcouru par le fluide caloporteur. L'arbre d'entraînement 23 est en contact thermique avec le fluide caloporteur parcourant la boîte à fluide, ce qui permet de refroidir cet arbre.
Comme visible notamment sur la figure 5, la boîte à fluide 29 présente des premier et second orifices 31 , 33.
Dans une première variante de réalisation, le premier orifice 31 est raccordé fluidiquement à la sortie de fluide caloporteur 1 1 . Dans ce cas, le second orifice 33 est prévu pour être raccordé à un circuit de récupération de chaleur non représenté. L'ensemble 1 comporte alors typiquement un conduit d'entrée 35 fixé à l'échangeur de chaleur et communiquant avec l'entrée de fluide caloporteur 9 (figure 2). Il comprend également un conduit de sortie 37, fixé à l'orifice 33 (figure 2).
Le circuit de récupération de chaleur est prévu pour récupérer une partie de l'énergie calorifique des gaz d'échappement et la transférer à un autre circuit ou un autre organe du véhicule. Par exemple il transfère cette énergie calorifique au circuit de chauffage de l'habitacle, ou au fluide de refroidissement du moteur, etc ..
Le fluide caloporteur circule en boucle dans le circuit de récupération de chaleur. En variante, le premier orifice 31 est raccordé fluidiquement à l'entrée 9 de fluide caloporteur. Dans ce cas, le conduit d'entrée 35 est raccordé au second orifice 33, et le conduit de sortie 37 est raccordé fluidiquement à la sortie de fluide caloporteur 1 1 .
La vanne 15 comprend un palier 39 de guidage de l'arbre d'entraînement 23 (figures 3 et 4). Typiquement, ce palier 39 est rigidement fixé sur le corps de vanne 19, à l'extérieur de celui-ci.
Avantageusement, le palier de guidage 39 est disposé dans la boîte à fluide 29. Ainsi, le palier de guidage 39 est en contact direct avec le fluide caloporteur circulant à l'intérieur de la boîte à fluide. L'arbre d'entraînement 23 est engagé dans le palier 39. Il n'est pas en contact direct avec le fluide caloporteur circulant dans la boîte à fluide 29. Il est refroidi par conduction à travers le palier 39 (figure 3).
La boîte à fluide 29 délimite intérieurement un passage de circulation 41 entre le premier orifice 31 et le second orifice 33, formant une restriction 43 au niveau du palier de guidage 39 (figure 4). Ainsi, le fluide caloporteur est forcé de circuler autour du palier 39. La section de passage offerte au fluide caloporteur le long du passage de circulation 41 est plus faible au niveau de la restriction 43 que dans le reste du passage 41 . Ceci contribue également à augmenter la vitesse de circulation du fluide au contact du palier de guidage 39, et donc à améliorer le refroidissement de ce palier.
Du fait que le palier de guidage 39 est maintenu à une température modérée, il est possible d'utiliser des matériaux performants pour le réaliser.
Par exemple, le palier de guidage 39 comporte un support métallique 45 et une bague 47 en tricot métallique imprégnée de graphite (figure 3).
Le support 45 présente une paroi latérale cylindrique 49 fermée à une extrémité par un fond 51 . La bague 47 est placée à l'intérieur de la paroi cylindrique 49. Le fond 51 est soudé de manière étanche dans un orifice 52 du corps de vanne 19. Il présente un trou central 53. L'arbre d'entraînement 23 passe successivement dans le trou central 53 et à l'intérieur de la bague 47.
La boîte à fluide 29 comporte avantageusement une demi-coquille inférieure 55 et une demi-coquille supérieure 57 rapportée de manière étanche sur la demi-coquille inférieure 55 (figures 3 à 5).
Les demi-coquilles inférieure et supérieure 55, 57 sont par exemple soudées de manière étanche l'une avec l'autre. Plus précisément, les bords périphériques respectifs des demi-coquilles inférieure et supérieure 55, 57 sont soudés l'un à l'autre de manière étanche.
En variante, les demi-coquilles inférieure et supérieure 55, 57 sont fixées de manière amovible l'une à l'autre. Ceci permet d'ouvrir la boîte à fluide, pour échanger une pièce. De préférence, un joint est alors interposé entre les demi-coquilles inférieure et supérieure. La demi-coquille supérieure peut être avantageusement réalisée en une matière plastique.
La demi-coquille inférieure 55 est typiquement réalisée en un matériau métallique. La demi-coquille inférieure 55 a par exemple la forme d'une coupelle concave. Elle est typiquement venue d'emboutissage.
Ceci permet de réaliser commodément des reliefs tels que la nervure 59 délimitant la restriction 43 (figure 4).
La demi-coquille inférieure 55 est rigidement fixée au palier de guidage 39 et à l'échangeur de chaleur 7.
Plus précisément, elle présente un trou dans lequel le palier 39 est engagé avec un ajustement serré, typiquement inférieur à 0,1 mm au rayon. La demi-coquille inférieure 55 est typiquement soudée au palier 39, plus précisément au support 45.
Le premier orifice 31 est ménagé avantageusement dans la demi-coquille inférieure 55. Il est placé en coïncidence avec la sortie 1 1 , ou l'entrée 9 le cas échéant. La demi-coquille inférieure 55 est soudée étanche à l'enveloppe externe de l'échangeur de chaleur 7, autour de la sortie 1 1 ou de l'entrée 9.
La demi-coquille supérieure 57 ferme la boîte à fluide 29.
Typiquement, le second orifice 33 est ménagé dans la demi-coquille inférieure 55. En variante, le second orifice 33 est ménagé dans la demi-coquille supérieure 57.
Selon un premier mode de réalisation, l'actionneur 25 est fixé à la boîte à fluide 29, à l'extérieur de la boîte à fluide 29.
Typiquement, l'actionneur 25 est fixé seulement à la boîte à fluide 29.
L'actionneur 25 est fixé à la demi-coquille supérieure 57, par exemple par le biais de vis 61 soudées à la demi-coquille 57, visibles sur les figures 2 et 6.
Ainsi, l'actionneur 25 est fixé à un organe refroidi par la circulation du fluide caloporteur. Il peut être fixé sans interposition d'un écran thermique, et à proximité du corps de vanne. Il n'est pas nécessaire de le déporter loin du corps de vanne, pour limiter les transferts de chaleur par conduction le long des organes de fixation.
La demi-coquille supérieure 57 présente une ouverture 63, dans laquelle est engagée une extrémité supérieure du palier de guidage 39. Le bord de l'ouverture 63 est soudé étanche sur le palier 39.
Une extrémité 65 de l'arbre d'entraînement 23 sort du palier de guidage 39 et fait saillie à l'extérieur de la boîte à fluide 29. L'extrémité 65 est raccordée à l'actionneur 25 par la chaîne cinématique 27.
L'actionneur 25 et la chaîne cinématique 27 sont de tout type adapté.
Par exemple, l'actionneur 25 est un moteur électrique, pourvu d'un arbre de sortie rotatif 67 (voir figure 2). En variante, l'actionneur 25 est un actionneur à cire, ou un ressort à mémoire de forme.
La chaîne cinématique 27 est de tout type approprié. Dans l'exemple représenté, la chaîne cinématique comprend un joint de Oldham, permettant de transmettre un couple de l'arbre de sortie 67 à l'arbre d'entraînement 23 tout en découplant thermiquement les deux arbres les uns des autres.
Un tel joint est décrit par exemple dans la demande de brevet WO 2010/103249. Selon un aspect avantageux de l'invention, l'ensemble 1 comporte une jupe 69, raccordant de manière étanche l'actionneur 25 à la boîte à fluide 29 autour de l'arbre d'entraînement 23 (figures 2, 6 et 7).
Une telle jupe a deux fonctions.
Elle permet d'abord de protéger la chaîne cinématique 27 et l'arbre d'entraînement 23 des agressions extérieures, par exemple de la poussière, du sable, des graviers et de toutes les matières qui peuvent être projetées pendant le roulage du véhicule. La jupe 69 permet également d'éviter les fuites de gaz d'échappement vers l'extérieur. En effet, les gaz d'échappement remontant éventuellement le long de l'arbre d'entraînement 23, entre l'arbre 23 et le palier 39, sont confinés dans l'espace délimité par la jupe 69 entre l'actionneur 25 et la boîte à fluide 29.
Par exemple, l'actionneur 25 présente une enveloppe externe 71 , la jupe 69 étant solidaire de l'enveloppe 71 . Typiquement, elle est venue de matière avec l'enveloppe 71 .
Comme visible notamment sur les figures 6 et 7, la jupe 69 présente un bord libre à contour fermé 73 portant un joint 75 lui aussi à contour fermé. Le joint 75 est pincé entre le bord libre 73 et la boîte à fluide 29, plus précisément entre le bord libre 73 et la demi- coquille supérieure 57.
Avantageusement, la jupe 69 porte des oreilles 77 coopérant avec les vis 61 pour fixer l'actionneur 25 sur la boîte à fluide 29.
La jupe 69 délimite intérieurement un volume dans lequel est logée la chaîne cinématique 27.
Selon une variante de réalisation avantageuse, la chaîne cinématique 27 comporte un réducteur 79 accouplant en rotation l'arbre de sortie 67 à l'arbre d'entraînement 23. Une telle variante de réalisation est illustrée sur les figures 8 à 10.
Le réducteur 79 comporte typiquement un pignon 81 fixé à l'arbre de sortie 67, et une roue dentée 83 fixée à l'arbre d'entraînement 23. La roue dentée 83 engrène directement le pignon 81 , ou en variante est entraînée en rotation par le pignon 81 par l'intermédiaire d'une ou plusieurs autres roues dentées.
L'utilisation d'un tel réducteur 79 est rendue possible du fait de la faible température à laquelle est exposée la chaîne cinématique. A haute température, il n'est pas possible d'utiliser un réducteur à pignon et roue dentée sans risque de dégradation due à la température.
Avantageusement, le réducteur 79 est disposé dans une cavité 85 délimitée entre la boîte à fluide 29 et un capot 87 fixé de manière étanche à la boîte à fluide 29.
Par exemple, la demi-coquille supérieure 57 présente une zone en creux 89 dans laquelle est placé le réducteur 79. Le capot 87 est une pièce emboutie, concave, fermant la zone en creux 89. Dans ce cas, la demi-coquille supérieure 57 est métallique, de même que le capot 87. Le capot 87 est alors soudé étanche par son bord périphérique sur la demi-coquille supérieure 57.
Le capot 87 présente avantageusement une ouverture 91 à travers laquelle le réducteur 79 est raccordé à l'arbre de sortie 67 de l'actionneur (figure 10). L'actionneur est lié de manière étanche au capot 87 autour de l'ouverture 91 (figures 8 et 10). Typiquement, l'enveloppe externe 71 de l'actionneur porte un joint d'étanchéité à contour fermé, entourant l'arbre de sortie 67. Le joint 93 est pincé entre l'enveloppe externe 71 et le capot 87, et est placé autour de l'ouverture 91 .
Il est à noter que dans ce cas le capot 87 joue le même rôle que la jupe 69. Il protège la chaîne cinématique des agressions extérieures, et empêche la fuite de gaz d'échappement vers l'extérieur de l'ensemble 1 .
Le fonctionnement de l'ensemble 1 va maintenant être décrit.
L'actionneur 25 entraîne en rotation l'arbre d'entraînement 23 par l'intermédiaire de la chaîne cinématique 27. Ceci permet de déplacer le volet 21 par rapport au corps de vanne 19, et de régler les quantités de gaz d'échappement circulant à travers l'échangeur de chaleur 7 et à travers le conduit de bipasse 13.
Le fluide caloporteur circule en permanence à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 7. Avant de pénétrer dans l'échangeur de chaleur, ou après avoir quitté l'échangeur de chaleur, il traverse la boîte à fluide 29. La forme du passage de circulation 41 contraint le fluide caloporteur à circuler autour du palier de guidage 39.
Les gaz d'échappement circulant dans l'ensemble 1 cèdent une partie de leur énergie calorifique à l'arbre d'entraînement 23. Cette énergie calorifique remonte par conduction le long de l'arbre d'entraînement 23 et à travers le palier de guidage 39. Elle est évacuée par le fluide caloporteur circulant à l'intérieur de la boîte à fluide 29.
Du fait que la vanne est de type porte, le volet s'efface et n'est pas en plein flux en position de bipasse. L'arbre d'entraînement n'est pas lui non plus en plein flux. Par ailleurs, la masse de l'arbre d'entraînement est très limitée, par exemple de l'ordre de 7 grammes.
Ces différents éléments contribuent à limiter la quantité de chaleur cédée par les gaz d'échappement à l'arbre d'entraînement.
De plus, la densité d'échange entre le gaz et le volet ou l'arbre d'entraînement est nettement moins élevée que la densité d'échange entre le fluide caloporteur et le palier. La densité d'échange pour le fluide caloporteur est de 2000 W/m2 .°K contre 400 W/m2 .°K pour les gaz d'échappement.
Par ailleurs, la conductivité thermique du matériau constituant le palier de guidage est très supérieure à la conductivité thermique de l'arbre d'entraînement (40 W/m. °K contre 20 W/m. °K).
Ces différents facteurs contribuent à limiter la température de l'arbre d'entraînement, qui peut être maintenue inférieure à 300°C, et typiquement de l'ordre de 200°C.
Un deuxième mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation se différencie du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction seront désignés par les mêmes références.
Dans le second mode de réalisation, l'actionneur 25 est placé à l'intérieur de la boîte à fluide 29.
Le palier de guidage 39 et la chaîne cinématique 27 sont également placés à l'intérieur de la boîte à fluide 29.
L'actionneur 25 est de tout type adapté.
Selon une variante de réalisation, l'actionneur 25 comporte un ressort à mémoire de forme 95 (figure 1 1 ).
Un tel ressort à mémoire de forme est décrit par exemple dans la demande de brevet FR 1660130.
Typiquement, un tel actionneur comporte une tige 97 sur laquelle est enfilée une bague 99 libre de coulisser le long de la tige. Le ressort à mémoire de forme 95 est un ressort hélicoïdal, qui présente une première extrémité fixée à la tige 97 et une seconde extrémité fixée à la bague 99.
En dessous d'une température prédéterminée, le ressort à mémoire de forme 95 est rigide. Au-delà de la température prédéterminée, le ressort à mémoire de forme 95 devient élastique, sa longueur variant fonction de la température.
La chaîne cinématique 27 comporte un levier 103, ayant une première extrémité 105 rigidement fixée à l'arbre de transmission 23, et une seconde extrémité 105 liée à la bague 99 par une liaison pivotante. Le déplacement de la bague 99 le long de la tige 97 sous l'effet des variations de températures entraîne le levier 103 en rotation par rapport au corps de vanne 19.
Avantageusement, un joint d'étanchéité 107 est interposé entre l'arbre d'entraînement 23 et le palier de guidage 39. Ce joint permet de séparer les gaz d'échappement du fluide caloporteur. Notamment, il permet d'empêcher les gaz d'échappement de remonter le long de l'arbre d'entraînement 23 et de pénétrer à l'intérieur de la boîte à fluide 29.
Le joint 107 est un joint à contour fermé, par exemple un joint torique. Il est dans une matière élastique telle que du caoutchouc, de l'EPDM, du silicone ou de toute autre matière adaptée.
De manière à garantir que la température du joint reste inférieure à sa température maximum de fonctionnement, le palier de guidage 39 présente des ailettes 109 en contact avec le fluide caloporteur.
Le palier 39 comporte de préférence une partie centrale cylindrique 1 1 1 , dont une extrémité inférieure est engagée dans l'orifice 52 du corps de vanne. Cette extrémité est soudée étanche au corps de vanne. L'arbre d'entraînement 23 est engagé à l'intérieur de la partie centrale cylindrique 1 1 1 .
Le joint 107 est placé dans une gorge ménagée à la périphérie de l'arbre d'entraînement 23, et porte contre une surface radicalement interne de la partie centrale cylindrique 1 1 1 . Les ailettes 109 sont formées sur la surface radialement externe de la partie centrale cylindrique 1 1 1 .
La hauteur du palier 39, les dimensions des ailettes 109, et le nombre d'ailettes 109, sont choisis en fonction de la quantité de chaleur cédée par les gaz d'échappement à l'arbre d'entraînement 23, cette quantité devant être transférée au fluide caloporteur.
Par ailleurs, de manière à réduire la quantité de chaleur transférée par conduction, l'arbre d'entraînement 23 est creux. Il comporte une partie centrale cylindrique 1 13, creuse, fermée à ses deux extrémités opposées par des parties pleines 1 15. La gorge de réception du joint 107 est creusée dans l'une des parties d'extrémité 1 15.
Sur la figure 1 1 , le conduit de bipasse 13 et l'échangeur de chaleur 7 ont des formes différentes de celles du conduit 13 et de l'échangeur de chaleur 7 des figures 2 à 10. En variante, ils ont les mêmes formes.
Selon une variante du second mode de réalisation, l'actionneur 25 est un actionneur à cire (figure 12).
Un tel actionneur est connu et ne sera pas décrit ici en détail.
Cet actionneur 25 comporte une cartouche de cire, non visible. Le volume de la cire change en fonction de la température. L'actionneur 25 comporte également un levier 121 , déplacé longitudinalement sous l'effet des variations de volume de la cire. Le levier 121 est raccordé par une biellette 123 à l'extrémité de l'arbre d'entraînement 23.
Un ressort de rappel 125 rappelle le levier 121 dans un sens longitudinal, vers une position de repos.
L'arbre d'entraînement 23 et le palier de guidage 39 sont comme décrit plus haut en référence à la figure 1 1 .
Dans cette variante de réalisation, les demi-coquilles inférieure et supérieure 55, 57 sont avantageusement fixées l'une à l'autre de manière démontable, pour permettre le remplacement ou l'entretien de l'actionneur 25.
Ils sont par exemple fixés l'un à l'autre par des boulons, avec interposition d'un joint d'étanchéité 127.
La demi-coque supérieure est de préférence en une matière plastique.
Selon une variante de réalisation représentée schématiquement sur la figure 13, la boîte à fluide 29 comporte des troisième et quatrième orifices 151 , 153. Si le premier orifice 31 communique avec la sortie de fluide caloporteur 1 1 , alors le troisième orifice 151 est en communication fluidique avec l'entrée de fluide caloporteur 9.
Le quatrième orifice 153 communique fluidiquement avec le troisième orifice 151 à travers la boîte à fluide 29. Le quatrième orifice 153 est alors raccordé au circuit de récupération de chaleur, par le conduit d'entrée 35.
Inversement, si le premier orifice 31 communique avec l'entrée de fluide caloporteur 9, alors le troisième orifice 151 communique avec la sortie de fluide caloporteur 1 1 . Le quatrième orifice 153 est raccordé au circuit de récupération de chaleur par le conduit de sortie 37.
La boîte à fluide 29 est donc agencée pour délimiter intérieurement deux passages de circulation, un passage de circulation entre les premier et second orifices 31 , 33, et un autre passage de circulation entre les troisième et quatrième orifices 151 , 153.
Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux quand l'échangeur de chaleur 7 est de petite taille. Dans ce cas, la boîte à fluide 29 va couvrir pratiquement la totalité de la superficie de l'échangeur de chaleur 7. Les tubes 35 et 37 sont soudés non plus directement sur l'échangeur de chaleur 7 mais sur la boîte à fluide 29, qui est beaucoup plus accessible.
Il est à noter que l'arbre d'entraînement 23 pourrait ne pas être refroidi par le fluide caloporteur à travers le palier de guidage, mais être directement en contact avec le fluide caloporteur.
L'invention présente de multiples avantages.
Elle permet de protéger complètement la chaîne cinématique 27 et l'arbre d'entraînement 23 contre les agressions extérieures. Elle permet également de rendre la vanne 15 étanche, et d'éviter les fuites de gaz d'échappement vers l'extérieur, empêchant ainsi le dioxygène de l'air d'entrer dans le canal d'échappement, ce qui pourrait être préjudiciable au fonctionnement de certains dispositifs de dépollution.
L'invention permet de protéger le palier 39 de la chaleur, et donc d'utiliser des matériaux à coût plus faible ou des matériaux plus performants pour la constitution de ce palier de guidage.
Elle permet également de protéger la chaîne cinématique 27 de la chaleur.
L'invention permet encore de construire toutes les chaînes de cotes à partir de la position du palier de guidage et de l'arbre d'entraînement. Ceci évite d'avoir des constructions complexes de manière à respecter les chaînes de cotes.
L'invention permet encore de simplifier le soudage des conduits d'entrée et/ou de sortie sur l'échangeur, puisque le tube de sortie et/ou le tube d'entrée sont déportés au niveau de la boîte à fluide. L'invention permet de protéger de la chaleur les composants électroniques et le moteur, dans le cas où l'actionneur est un moteur électrique.
L'encombrement global de l'ensemble est réduit.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Ensemble pour ligne d'échappement, l'ensemble (1 ) ayant au moins une entrée (3) de gaz d'échappement et une sortie (5) de gaz d'échappement, l'ensemble (1 ) comprenant :
- un échangeur de chaleur (7), ayant un côté (G) de circulation des gaz d'échappement présentant une entrée d'échangeur (EG) raccordée à l'entrée (3) de gaz d'échappement et une sortie (SG) d'échangeur raccordée à la sortie (5) de gaz d'échappement, l'échangeur de chaleur (7) ayant en outre un côté (F) de circulation d'un fluide caloporteur présentant une entrée de fluide caloporteur (9) et une sortie de fluide caloporteur (1 1 );
- un conduit de bipasse (13), définissant un chemin de passage pour les gaz d'échappement depuis l'entrée (3) de gaz d'échappement jusqu'à à la sortie (5) de gaz d'échappement en bipassant l'échangeur de chaleur (7);
- une vanne (15) réglant des quantités de gaz d'échappement circulant respectivement à travers l'échangeur de chaleur (7) et à travers le conduit de bipasse (13), la vanne (15) ayant un corps de vanne (19) parcouru intérieurement par les gaz d'échappement, un volet (21 ) disposé à l'intérieur du corps de vanne (19) et mobile par rapport au corps de vanne (19), et un arbre (23) d'entraînement du volet (21 );
caractérisé en ce que l'ensemble (1 ) comprend une boîte à fluide (29), communiquant fluidiquement avec le côté (F) de circulation du fluide caloporteur, agencée autour de l'arbre d'entraînement (23) de manière à refroidir ledit arbre d'entraînement (23).
2. - Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la boîte à fluide (29) présente au moins des premier et second orifices (31 , 33), le premier orifice (31 ) étant raccordé fluidiquement à l'un de l'entrée de fluide caloporteur (9) ou de la sortie de fluide caloporteur (1 1 ), le second orifice (33) étant prévu pour être raccordé à un circuit de récupération de chaleur.
3. - Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boîte à fluide (29) présente un troisième orifice (151 ) communiquant avec l'autre de l'entrée de fluide caloporteur (9) ou de la sortie de fluide caloporteur (1 1 ), et présente un quatrième orifice (153) communiquant fluidiquement avec le troisième orifice à travers la boîte à fluide (29), le quatrième orifice (153) étant prévu pour être raccordé au circuit de récupération de chaleur.
4. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne (15) comporte au moins un palier (39) de guidage de l'arbre d'entraînement (23), disposé dans la boîte à fluide (29).
5. - Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boîte à fluide (29) délimite intérieurement un passage de circulation (41 ) entre le premier orifice (31 ) et le second orifice (33), formant une restriction (43) au niveau du palier de guidage (39).
6. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte à fluide (29) comprend une demi-coquille inférieure (55) et une demi- coquille supérieure (57) rapportée de manière étanche sur la demi-coquille inférieure (55), de préférence de manière amovible.
7. - Ensemble selon la revendication 6 combiné à la revendication 4, caractérisé en ce que la demi-coquille inférieure (55) est rigidement fixée au palier de guidage (39) et à l'échangeur de chaleur (7).
8. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble (1 ) comporte un actionneur (25) et une chaîne cinématique (27) par laquelle l'actionneur (25) entraîne l'arbre d'entraînement (23) du volet (21 ), l'actionneur (25) étant fixé à la boîte à fluide (29), à l'extérieur de la boîte à fluide (29).
9.- Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement (23) fait saillie hors de la boîte à fluide (29), l'ensemble (1 ) comportant une jupe (69) raccordant de manière étanche l'actionneur (25) à la boîte à fluide (29) autour de l'arbre d'entraînement (23).
10. - Ensemble selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'actionneur (25) est un moteur électrique comprenant un arbre de sortie (67), la chaîne cinématique
(27) comprenant un réducteur (79) accouplant en rotation l'arbre de sortie (67) et l'arbre d'entraînement (23).
1 1 . - Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réducteur (79) est disposé dans une cavité (85) délimitée entre la boîte à fluide (29) et un capot (87) fixé de manière étanche à la boîte à fluide (29).
12. - Ensemble selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le capot (87) présente une ouverture (91 ) à travers laquelle le réducteur (79) est raccordé à l'arbre de sortie (67), l'actionneur (25) étant lié de manière étanche au capot (87) autour de l'ouverture (91 ).
13.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble (1 ) comporte un actionneur (25) et une chaîne cinématique (27) par laquelle l'actionneur (25) entraîne l'arbre d'entraînement (23) du volet (21 ), l'actionneur (25) étant placé à l'intérieur de la boîte à fluide (29).
14.- Ensemble selon la revendication 13 combiné à la revendication 4, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (107) est interposé entre l'arbre d'entraînement (23) et le palier de guidage (39).
15. - Ensemble selon la revendication 14, caractérisé en ce que le palier de guidage (39) présente des ailettes (109) en contact avec le fluide caloporteur.
16. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement (23) est creux.
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