Brevet FR2838776A1 — publié le 20031024

injecteur. DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT A DEUX VOIES DE CIRCULATION l POUR LES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La presente invention concerne, d'une facon generale, le domaine du refroidissement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, notamment en vue de leur reinjection au moins partielle dans le moteur afin de reduire le taux des imbrules finalement rejetes dans l' atmosphere. Plus specifiquement l' invention concerne des perfectionnements apportes aux dispositifs de refroidissement de structure monobloc a deux voies de circulation pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, ce dispositif comportant deux chambres allongees adjacentes, l'une equipee de moyens de refroidissement definissant une premiere vole de circulation et l'autre definissant la seconde vole de circulation a la traversee de laquelle les gaz ne doivent subir qu'un abaissement minimum de temperature. Un exemple de dispositif de refroidissement destine a un systeme RGE (reinjection des gaz d'echappement) est donne dans le document EP 1 030 050. Une premiere chambre est traversee par un reseau de tubes raccordes a l' entree et a la sortie et parcourus par les gaz devant etre refroidis, tandis qu'un fluide de refroidissement (en general un liquide) remplit le volume libre interieur de la chambre en baignant les tubes, ce fluide de refroidissement etant mis en circulation entre une entree auxiliaire et une sortie auxiliaire. Un conduit en derivation formant la seconde chambre se raccorde a l' entree et a la sortie de la premiere chambre et est destine a etre traverse par les gaz d'echappement qui ne dolvent pas etre refroidis. Un dispositif selecteur ou valve de by-pass, en principe situe a lentree, dirige les gaz selectivement vers la premiere ou la seconde chambre. Bien que ce dispositif connu soit propre a assurer les fonctions requises, les constructeurs de vehicules automobiles ne souhaitent pas mettre en uvre en pratique un agencement aussi heteroclite et encombrant, et ils sonhaitent disposer d'un dispositif qui, tout en etant propre a assurer les fonctions necessaires, soit compact, peu encombrant, peu fragile et facile a installer. Pour satisfaire cette demande, on peut certes envisager de rendre compact le dispositif anterieur en accolant l'une a l'autre les deux chambres precitees. On peut ainsi prevoir une enveloppe tubulaire unique divisee interieurement par une cloison longitudinale definissant deux chambres de part et d'autre, l'une etant equipee de tubes longitudinaux pour le passage des gaz a refroidir et l'autre servant a l'ecoulement direct des gaz. Toutefois, un tel agencement ne peut pas se reveler satisfaisant, car la cloison longitudinale, etant metallique, facilite les echanges thermiques entre les deux chambres, notamment loreque le dispositif fonctionne en mode proportionnel avec une circulation de gaz simultanement dans les deux voies: dans ce cas, le fluide de refroidissement present dans la premiere chambre se rechauffe au contact de la cloison metallique et n'est plus a meme d' assurer sa fonction de refroidissement de facon efficace; par ailleurs, dans l'autre chambre, les gaz d'echappement se refroidissent au contact de la cloison metallique elle-meme au contact du fluide de refroidissement alors qu'il serait sonhaitable que ces gaz traversent le dispositif avec une perte thermique minimale (et si possible nulle). C'est dans ce contexte que l' invention vise a proposer des perfectionnements conduisant a un dispositif de refroidissement de type compact avec un echange thermique aussi reduit que possible entre les deux chambres, qui soit peu encombrant, robuste et simple a installer. A ces fins, ['invention propose un dispositif de refroidissement tel que mentionne au preambule qui se caracterise, etant agence conformement a linvention, en ce que les deux chambres adjacentes vent separees l'une de l'autre par une cloison longitudinale thermiquement isolante, ce grace a quoi on assure une independence thermique des flux de gaz traversant l'une et l'autre chambres, en meme temps que le dispositif presente une configuration generale monobloc. Selon un premier mode de realisation possible, le dispositif de refroidissement comporte une enveloppe peripherique commune et une cloison thermiquement isolante est rapportee interieurement dans cette enveloppe. On peut alors faire en sorte que la cloison thermiquement isolante soit constituee par un caisson ferme de forme aplatie definissant une lame d' air interieure. En pratique, la cloison thermiquement isolante, au moins en partie metallique, est fixee par brasure a l'interieur de l'enveloppe peripherique, elle aussi metallique. Selon un autre mode de realisation possible, chaque chambre est definie par une enveloppe individuelle et les deux enveloppes vent solidarisees l'une a l'autre le long d'une face dassemblage avec interposition diune cloison thermiquement isolante. I1 en resulte une plus grande facilite de fabrication puisque les chambres peuvent etre fabriquees individuellement sans difficultes notables et elles vent ensuite assemblees, la encore sans difficultes notables. I1 est possible de prevoir que chaque enveloppe comporte, le long des deux bords de sa face d' assemblage, deux rebords respectifs saillants en forme d'ailes longitudinales et que les rebords respectifs saillants en vi s -a-vi s des deux enveloppes vent sol idari ses de maniere a laisser une lame d'air entre les faces d'assemblage des enveloppes. Pour ['assemblage, on peut envisager que les rebords saillants en vis-a-vis des deux enveloppes soient solidarises par brasure, ou par sertissage, ou bien encore simplement par boulonnage. Dans ce dernier cas notamment, il est interessant que les rebords en vis-a-vis des deux enveloppes soient solidarises l'un avec l'autre avec interposition d'un materiau thermiquement isolant propre a limiter les poets thermiques entre les deux enveloppes. Grace aux dispositions de l' invention qui viennent d'etre exposees, on est en mesure de proposer un dispositif de refroidissement monobloc, compact, robuste et facile a installer, dans lequel les deux chambres vent notablement isolees l'une de l'autre du point de vue thermique, ce qui permet de conserver au dispositif des conditions de fonctionnement optimales. L' invention sera mieux comprise a la lecture de la description detaillee qui suit de certains modes de realisation donnes uniquement a titre d'exemples nullement limitatifs. Dans cette description, on se refere au dessin annexe sur loquel: - la figure 1A est une vue en coupe transversale donnant une premiere schematisation des dispositions conformes a l' invention; - la figure 1B est une vue en coupe transversale donnant une autre schematisation des dispositions conformes a l' invention; - les figures 2 a 5 vent des vues en coupe transversale de divers modes de realisation pratiques de dispositifs de refroidissement mettant en uvre les dispositions de la figure 1A; et - les figures 6 et 7 vent des vues, en coupe transversale, de deux modes de realisation pratiques d'un dispositif de refroidissement mettant en muvre les dispositions de la figure 1B. L' invention se rapporte a un dispositif de refroidissement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, dispositif qui comporte deux voies de circulation pour les gaz, a savoir une vole directe dans laquelle les gaz ne vent pas refroidis et doivent circuler avec une perte de charge et un abaissement de temperature minimaux et une vole de refroidissement agencee sous forme dun echangeur de chaleur avec des tubes de circulation des gaz chauds qui baignent dans un fluide de refroidissement. Un tel dispositif de refroidissement, pour etre plus facilement et plus rapidement installe, est realise sous forme d'une structure compacte en forme de bolte allongee a section quelconque ronde, elliptique, polygonale - mais en general ronde. Une telle structure, comme illustre a la figure 1A, integre deux chambres longitudinales CR et CD qui constituent les deux susdites voies. A la figure 1A est illustre, en section transversale, un mode de realisation illustrant une structure compacte de dispositif de refroidissement conforme a linvention. Le dispositif de refroidissement 1 comprend deux chambres allongees CR et CD, respectivement, sous forme de deux enveloppes metalliques 2, 3 a sections en secteurs circulaires de formes complementaires: ces deux enveloppes 2, 3 possadent des faces planes respectives 2a, 3a par lesquelles elles vent accolees lune a l'autre, ['ensemble possedant une section de forme approximativement circulaire. Compte tenu des pertes de charge subies par le flux de gaz a la traversee de la vole de refroidissement, l'enveloppe 2 correspondante possede, de preference, une section plus grande que celle de l'enveloppe 3 constituent la vole de circulation directe des gaz (on a represente, a linterieur de l'enveloppe 2, les tubes 4 de circulation des gaz, le fluide de refroidissement circulant, par exemple a contre-courant des gaz, en 5 entre les tubes 4). En consideration de cette difference dimensionnelle, les faces planes respectives dassemblage 2a, 3a ne vent pas diametrales, mais decalees. Conformement a ['invention, les deux enveloppes 2, 3 ne vent pas assemblees directement l'une contre l'autre, avec leurs faces planes 2_, 3a accolees, mais elles vent assemblees avec interposition d'un isolant thermique schematise, a la figure 1A, sous forme d'une plaque 6. Grace a cet agencement, on assure lindependance fonctionnelle, du point de vue thermique, des deux voies de circulation des gaz. C'est-a-dire qu'on evite un rechauffement du fluide de refroidissement 5 au contact de la face plane 2a sous l'effet des gaz chauds circulant dans l'enveloppe 3, et inversement on evite que les gaz chauds passant par la vole directe subissent un abaissement de temperature au contact de la face plane 3a si celle-ci etait directement assemblee contre la face 2a elle-meme baignee par le fluide de refroidissement. En cours d'utilisation, un tel dispositif de refroidissement est place dans un environnement tres agressif: temperature tres elevee des gaz, contraintes thermiques tres elevees, ambiance poussiereuse et grasse, gaz corrosifs, etc. Peu de materiaux thermiquement isolants vent susceptibles de resister a de telles conditions pendant une longue duree (on peut citer par exemple le polyether ethercetone, le polyarylamide, le polyamide-imide, le polyimide). C'est la raison pour laquelle on peut prevoir de constituer de preference l'isolant thermique 6 sous forme dune lame d'air. A la figure 2 est illustre un exemple d'une telle realisation, dans laquelle les deux enveloppes 2, 3 presentent, au-dela de leurs faces planes 2a, 3a respectives, des rebords saillants 7 en forme d'ailes longitudinales qui prolongent la cloison en arc de cercle. Les deux enveloppes 2, 3 vent accolees par leurs rebords ou ailes 7 en regard affrontes, lesquels vent avantageusement legerement rabattus vers le centre de maniere a former deux gorges longitudinales en V destinees a recevoir un cordon de soudure ou de brasure 8 qui, ainsi, n'est pas en saillie. A titre de variante, on peut, comme illustre a la figure 5, faire en sorte que les rebords 7 se chevauchent deux a deux pour etre brases (sertissage). Un autre mode de realisation possible est illustre a la figure 3. Les ailes 7 vent rabattues vers l'exterieur dune fagon legerement decalee par rapport aux faces planes 2a, 3a, de sorte que les deux enveloppes 2, 3 accolees par leurs ailes 7 definissent entre elles une lame d'air 6. Les ailes 7 peuvent etre brasees ou assemblees mecaniquement par vissage ou rivetage. Les deux exemples qui viennent d'etre exposes en regard des figures 2 et 3 offrent l'avantage d'une fabrication relativement aisee: chaque enveloppe 2, 3 peut etre formee d'une gouttiere metallique a contour en arc de cercle formant la paroi exterieure entre les bords desquels (et en retrait de ces bords) est fixee (notamment brasee) une plaque plane formant la face 2a ou 3a. Toutefois, l' inconvenient de ces exemples de realisation reside dans le pont thermique au niveau de ['assemblage des deux enveloppes. Pour ecarter cet inconvenient, l'exemple de realisation de la figure 4, derive de celui de la figure 3, fait intervenir des plaques 9 thermiquement isolantes interposees entre les ailes ou rebords 7. Comme les ailes 7 sont, ici, saillantes vers l'exterieur, elles vent a une temperature moindre que les faces planes 2a, 3a qutelles prolongent et les plaques isolantes 9 vent soumises a des conditions moins severes qu'une plaque isolante integrale entre les deux faces 2a, 3a. Ces plaques isolantes 9, de par leur epaisseur, jouent egalement le role d'ecarteurs ou entretoises, de sorte que les ailes 7 peuvent tout simplement etre des prolongements plans des faces 2a, 3a. La fabrication des enveloppes 2 et 3 s'en trouve encore simplifiee, car il suffit de rapporter (notamment par brasure) une plaque plane sur une gouttiere a contour en arc de cercle, avec les extremites de la plaque depassant au-dela des bords de la gouttiere. Dans le mode de realisation de la figure 1A dont des exemples pratiques de realisation ont ete donnes en regard des figures 2 a 5, le dispositif de refroidissement monobloc est constitue par assemblage de deux pieces, les enveloppes 2 et 3. Toutefois, il ne s'agit pas de la seule conception envisageable et l'on peut prevoir, comme illustre a la figure 1B, d'avoir recours a une piece unitaire de base equipee pour l'obtention des fonctions recherchees. A la figure 1B, le dispositif de refroidissement comprend une enveloppe externe 10, de forme allongee et de section appropriee (ici circulaire): dans l'exemple illustre il s'agit d'un tube metallique cylindrique de revolution. A l'interieur de cette enveloppe tubulaire 10 est introduite et fixee une cloison 11 de partition qui separe longitudinalement le volume interieur de l'enveloppe 10 en deux chambres CR et CD. De meme que dans le mode de realisation de la figure 1A, les deux chambres CR et CD vent de volumes inegaux, definis par la cloison 11 disposee de facon non diametrale. Dans la plus grande chambre CR ont ete figures les tubes 4 de circulation des gaz. Conformement a l 'invention, la cloison 11 est thermiquement isolante. On pourrait certes constituer la cloison 11 sous forme d'une plaque 13 d'un materiau isolant. Pour eviter le contact direct de ce materiau avec les gaz d'echappement tres corrosifs, il est cependant preferable de revetir les faces principales de cette plaque isolante avec des feuilles metalliques 12 de protection qui, en outre, peuvent servir a la fixation de ['ensemble, par brasure, dans l'enveloppe tubulaire, comme illustre a la figure 6. Toutefois, une maniere plus simple de realiser la cloison 11 consiste a la constituer sous forme d'un caisson metallique 14 de forme tres aplatie et definissant une lame d'air interieure 15. Les faces extremes du caisson vent conformees de facon inclinee pour epouser le contour interieur de l'enveloppe tubulaire 10 lorsque le caisson 14 est dispose de fac,on non diametrale, comme illustre a la figure 7. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement de structure monobloc a deux voies de circulation pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, ce dispositif comportant deux chambres (CR, CD) allongees adjacentes, l'une (CR) equipee de moyens de refroidissement definissant une premiere vole de circulation et l'autre (CD) definissant la seconde vole de circulation a la traversee de laquelle les gaz ne dolvent subir qu'un abaissement minimum de temperature, caracterise en ce que les deux chambres (CR, CD) adjacentes vent separees l'une de l'autre par une cloison thermiquement isolante (6, 11), ce grace a quoi on assure une independence thermique des flux de gaz traversant lune et l'autre chambres, en meme temps que le dispositif presente une configuration generale monobloc. 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte une enveloppe peripherique commune (10) et en ce qutune cloison thermiquement isolante (11) est rapportee interieurement dans cette enveloppe (10). 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caracterise en ce que la cloison thermiquement isolante (11) est constituee par un caisson ferme (14) de forme aplatie definissant une lame dair interieure (15). 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2 ou 3, caracterise en ce que la cloison thermiquement isolante, au moins en partie metallique (12, 14), est fixee par brasure a l'interieur de l'enveloppe peripherique (10), elle aussi metallique. 5. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caracterise en ce que chaque chambre est definie par une enveloppe individuelle (2, 3) et en ce que les deux enveloppes (2, 3) vent solidarisees l'une a 1'autre le long d'une face d'assemblage (2a, 3a) avec interposition d'une cloison thermiquement isolante (6). 6. Dispositif de refroidissement selon la revendication 5, caracterise en ce que chaque enveloppe (2, 3) comporte, le long des deux bords de sa face d'assemblage (2a, 3a), deux rebords (7) respectifs saillants et en ce que les rebords respectifs saillants (7) en vis-a-vis des deux enveloppes (2, 3) vent solidarises de maniere a laisser une lame d' air (6) entre les faces d'assemblage (2a, 3a) des enveloppes (2, 3). 7. Dispositif de refroidissement selon la revendication 6, caracterise en ce que les rebords saillants (7) en vis-a-vis des deux enveloppes (2, 3) vent solidarises par brasure. 8. Dispositif de refroidissement selon la revendication 6, caracterise en ce que les rebords (7) en vis-a-vis des deux enveloppes (2, 3) vent solidarises avec interposition d'un materiau thermiquement isolant (9) propre a limiter les poets thermiques entre les deux