Brevet FR2891591A1 — publié le 20070406

DISPOSITIF DE REPARTITION DES GAZ RECIRCULES, ET REFROIDISSEUR DE GAZ RECIRCULES COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne les dispositifs de recirculation de gaz d'échappement, appelé gaz recirculés, gaz RGE, ou encore gaz EGR (pour exhaust gas recirculation), et les refroidisseurs de gaz EGR qui comportent de tels dispositifs. Pour améliorer la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, on a recours à la recirculation de gaz d'échappement dans l'admission, que l'on appelle d'une manière générale circuit EGR. De plus, l'emploi de refroidisseurs spécifiques pour ces gaz permet d'augmenter encore cette dépollution. Cependant, un problème majeur est que le recirculation des gaz d'échappement entraîne un encrassement important des composants qui se trouvent dans ce circuit EGR. C'est pourquoi on peut procéder à des séances de nettoyage / décrassage en ouvrant complètement la vanne EGR (la vanne EGR régule le débit de gaz EGR qui repart à l'admission) quand le moteur est sur une zone de fonctionnement déterminée. Ce procédé, décrit dans la demande FR2833653, permet d'éliminer thermiquement les dépôts s'accumulant dans le circuit EGR. Ce problème d'encrassement n'est pourtant pas totalement résolu pour ce qui est du refroidisseur EGR. Le refroidisseur est constamment en fonctionnement, c'est-à-dire qu'il y a toujours un débit d'eau qui traverse l'échangeur. Ce qui se passe alors est que le refroidisseur est parfaitement décrassé à l'entrée lorsque l'on procède à une phase de décrassage, mais les gaz EGR qui sont constamment refroidis ne sont pas assez chaud pour décrasser complètement le refroidisseur EGR, surtout dans la deuxième moitié de l'échangeur eau/gaz EGR. L'invention vise à résoudre le problème d'encrassement des refroidisseurs EGR. L'invention propose dans ce but un dispositif de répartition de gaz EGR, d'un moteur de véhicule automobile vers un composant qui 2891591 2 définit un orifice d'entrée et un orifice de sortie de gaz débouchant sur un même premier plan, un orifice d'entrée et un orifice de sortie vers le composant débouchant sur un même deuxième plan parallèle au premier plan, et des moyens rotatifs, disposés entre les premier et deuxième plans, pour permettre une circulation de gaz dans un sens, et dans le sens inverse. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: les moyens rotatifs peuvent être également prévus pour permettre le dosage du débit de gaz EGR destiné à recirculer à l'admission, les moyens rotatifs peuvent comporter une pièce cylindrique tournante autour de son axe de révolution, dont les deux faces d'extrémité se trouvent en regard des premier et deuxième plans, la pièce cylindrique définissant sur ses deux faces des lumières de mise en communication des orifices agencées pour permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindre, une circulation du flux de gaz dans un sens, une circulation de gaz dans le sens inverse. la pièce cylindrique peut définir deux paires de lumières, les lumières de la première paire étant droites, et les lumières de la deuxième paire étant croisées. les moyens rotatifs peuvent être également prévus pour by passer le composant, par exemple la pièce cylindrique peut définir une cavité sur la face en regard du premier plan pour permettre la circulation du flux de gaz de l'entrée directement vers la sortie. la pièce cylindrique peut comporter deux lumières et en les deux lumières, l'entrée et la sortie de gaz, l'orifice d'entrée et de sortie peuvent être de forme allongée et peuvent être disposés de manière à permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindrique, une circulation du flux de gaz dans un sens, une circulation de gaz dans le sens inverse, et un bypass du composant. le composant peut être un échangeur thermique. 2891591 3 L'invention concerne également un refroidisseur de gaz EGR qui comporte un tel dispositif. Le refroidisseur peut être du type comportant un échangeur thermique en forme de U. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple et nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels: les figures la, lb, 1c, 1d et 1 e sont des schémas d'un dispositif de répartition selon un premier mode de réalisation, la figure 2 représente la position de la pièce cylindrique en mode by-pass, la figure 3 représente la position de la pièce cylindrique en mode flux normal, la figure 4 représente la position de la pièce cylindrique en mode flux inversé, la figure 5 représente un refroidisseur EGR muni d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation, la figure 6 représente la pièce cylindre selon le deuxième mode de réalisation, la figure 7 représente la position de la pièce cylindrique en mode flux normal, la figure 8 représente la position de la pièce cylindrique en mode flux inversé, la figure 9 représente la position de la pièce cylindrique en mode fermé, la figure 10 représente la position de la pièce cylindrique en mode by-pass. Le dispositif de répartition est prévu pour diriger le flux de gaz recirculés d'un moteur de véhicule automobile vers un composant, par exemple vers un échangeur thermique. Ce dispositif de répartition peut faire partie d'un refroidisseur de gaz recirculés, par exemple un refroidisseur de gaz EGR qui comporte un échangeur thermique en U. D'une manière générale, le dispositif définit un orifice d'entrée el et un orifice de sortie s1 de gaz débouchant sur un même premier 15 plan, un orifice d'entrée e2 et un orifice de sortie s2 vers le composant 2 débouchant sur un même deuxième plan parallèle au premier plan, et des moyens rotatifs, disposés entre les premier et deuxième plans, pour permettre une circulation de gaz dans un sens, et dans le sens inverse. Les moyens rotatifs pour inverser le flux comportent une pièce cylindrique 3 tournante autour de son axe de révolution, dont les deux faces d'extrémité se trouvent en regard des premier et deuxième plans. La pièce cylindrique 3 définit des lumières de mise en communication des orifices (el, s1, e2, s2) agencées pour permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindre 3, une circulation du flux de gaz dans un sens et une circulation de gaz dans le sens inverse. La pièce cylindrique 3 pourra être actionnée par tout moyen connu de l'homme du métier. Un calculateur électronique commandera cet actionneur. Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures 1 à 4, la pièce cylindrique 3 définit deux paires de lumières; les lumières (4,5) de la première paire sont dites droites (figure 1 a), et les lumières (6,7) de la deuxième paire sont dites croisées (figure le). Dans ce mode de réalisation, en référence à la figure la, l'orifice d'entrée el de gaz et l'orifice d'entrée e2 de l'échangeur se font face. Il en est de même pour les orifices de sortie s1 et s2. Les lumières (4,5) de la première paire sont dites droites, car elles mettent en communication les orifices qui se font face. Ainsi la lumière 4 met en communication les orifices d'entrée el et e2, et la lumière 5 met en communication les orifices de sortie s1 et s2 (voir figures 1 a, 1d et 3). Les lumières (6,7) de la deuxième paire sont dites croisées (voir figure le), car elles mettent en communication les orifices d'entrée avec les orifices de sortie de manière à inverser le sens de circulation du flux de gaz EGR dans l'échangeur. Ainsi la lumière 6 met en communication l'orifice d'entrée el avec l'orifice de sortie s2, et la lumière 7 met en communication l'orifice de sortie s1 avec l'orifice d'entrée e2 (voir figure la, 1 e, et 4). La figure lb montre un mode de réalisation non limitatif, dans lequel les lumières (4 à 7) possèdent un rayon de courbure de 2891591 5 manière à suivre un cercle 9 de diamètre inférieur au diamètre de la pièce cylindrique 3. Cette disposition permet donc d'inverser le sens de circulation du flux de gaz EGR. Les moyens rotatifs peuvent être également prévus pour permettre le dosage du débit de gaz EGR qui est destiné à recirculer à l'admission. L'avantage est de pouvoir contrôler le débit de gaz EGR, tout comme le ferai une vanne EGR classique. Pour y parvenir, les moyens d'actionnement de la pièce cylindrique 3 peuvent être du type proportionnel, c'est-à-dire qu'ils peuvent faire tourner la pièce cylindrique 3 à des angles de rotation intermédiaires entre les positions principales (position de flux normal, position de flux inversé). Ces moyens d'actionnement permettent ainsi de faire varier la surface de recouvrement entre les lumière et les orifices (el,e2,sl,s2) . Dans une variante de réalisation non limitative représentée aux figures lb et 2 à 4, une lumière de chaque paire peut définir une section à profil dégressif. Sur la figure lb, on peut voir que les lumières 6 et 5 possèdent cette section à profil dégressif, c'est-à- dire que l'arc supérieur du profil vient rejoindre l'arc inférieur, au niveau d'une extrémité de section de la lumière. C'est ce profil dégressif qui selon l'angle de rotation de la pièce cylindrique, fait varier la surface de recouvrement avec les orifices (el,e2,sl,s2). En pilotant l'angle de rotation de la pièce cylindre 3, on peut faire varier le débit de gaz EGR destiné à recirculer à l'admission aussi bien dans le sens normal que dans le sens inversé du flux traversant l'échangeur thermique 2. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les moyens rotatifs peuvent être également prévus pour by passer l'échangeur 2; de manière non limitative, une cavité 8 peut être définie sur la face en regard du premier plan pour permettre la circulation du flux de gaz de l'entrée el directement vers la sortie s1 (voir figure 2). Cette cavité 8 peut être par exemple une rainure longitudinale circulaire qui suit la courbe du cercle 9, et qui est d'une longueur permettant de mettre en communication l'orifice d'entrée el avec l'orifice de sortie s1. La rainure et les deux paires de lumières sont disposées selon le même cercle 9. Un deuxième mode de réalisation est illustré aux figures 5 à 10. Comme on peut le voir sur la figure 6, la pièce cylindrique 11 définit deux lumières 12 et 13. Cette pièce cylindrique 11 se trouve dans un refroidisseur (1) EGR qui comporte un échangeur thermique 2 agencé en U (figure 5). Sur la figure 9 qui représente une vue géométrique de tous les orifices (e1, s1, e2, s2) et des lumières (12, 13) lorsque la pièce cylindrique 11 est en position fermée (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de circulation de gaz vers l'échangeur 2), on peut voir que les deux lumières 12 et 13, l'entrée el et la sortie s1 de gaz, l'orifice d'entrée e2 et de sortie s2 sont de forme allongée rectiligne et, sont disposés de manière à permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindrique 11, une circulation du flux de gaz dans un sens (figure 7), une circulation de gaz dans le sens inverse (figure 8), et un by-pass de l'échangeur 2 (figure 10). En pilotant également l'angle de rotation de la pièce cylindrique 1 1, on peut faire varier la surface de recouvrement entre les deux lumières (12, 13) et les orifices d'entrée et de sortie (el, e2, s1 et s2), ce qui permet de doser le débit de gaz EGR qui traverse l'échangeur et qui est destiné à recirculer à l'admission. Pour y parvenir, les orifices d'entrée el et de sortie s1 du refroidisseur 1 sont parallèles entre eux. De même, les orifices d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur 2 sont parallèles entre eux. De plus, les orifices d'entrée el et de sortie s1 du refroidisseur 1 sont inclinés de 90 degrés par rapport aux orifices d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur 2. Les lumières 12 et 13 sont parallèles entre elles et décalées d'une distance au moins égales à la largeur d'encombrement des orifices d'entrée et de sortie (el, e2, s1 et s2) du refroidisseur 1 ou de l'échangeur 2. En référence à la figure 9, on peut voir dans cet exemple que les lumières 12 et 13 sont décalées d'une distance d correspondant à la largeur des deux orifices d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur 2. Les lumières 12 et 13 réalisées sur la pièce cylindrique 11 ne sont pas limitatives. On peut très bien envisager de réaliser un perçage positionné à chaque extrémité de chaque lumière (12, 13). On peut ainsi se retrouver avec une lumière et deux perçage, ou encore avec 4 perçages seuls (voir les références 14,15,16,17 de la figure 6). Les dessins géométriques des figures 7 à 10 représentent les différents modes du dispositif de répartition de l'échangeur. La circulation du flux ne peut se faire que par les zones communes partagées par les lumières et les orifices. Ces zones représentent les surfaces de recouvrement. Comme illustré à la figure 7, la lumière 12 de la pièce cylindrique 11 met en communication l'orifice d'entrée el du refroidisseur et l'orifice d'entrée e2 de l'échangeur thermique 2. La lumière 13, quant à elle, met en communication l'orifice de sortie s2 de l'échangeur thermique 2 avec l'orifice de sortie s1 du refroidisseur 1. Le flux est alors dit dans le sens normal, et de faibles rotations de la pièce cylindrique 11 permettent de varier le débit de gaz. Sur la figure 7, le sens de circulation du flux de gaz EGR est inversé par rapport à celui de la figure 7. La lumière 12 de la pièce cylindrique 11 met en communication l'orifice d'entrée el du refroidisseur et l'orifice de sortie e2 de l'échangeur thermique 2. La lumière 13, quant à elle, met en communication l'orifice d'entrée e2 de l'échangeur thermique 2 avec l'orifice de sortie s1 du refroidisseur 1. Le flux est alors dit dans le sens inverse, et de faibles rotations de la pièce cylindrique 11 permettent de varier le débit de gaz. En référence à la figure 9, aucune des lumières 12 et 13 ne mettent en relation les orifices (el,e2,sl,s2). La pièce cylindrique 11 est dans une position dite fermée. Il n'y a pas de circulation de gaz EGR. La figure 10 représente la pièce cylindrique 11 en position de by-pass. Les lumières 12 et 13 mettent en relation tous les orifices (el,e2,s1,s2) entre eux. Le flux de gaz EGR traverse alors les lumières 12 et 13, mais ne traversent pas l'échangeur thermique 2, car le flux de gaz est redirigé au sein même des orifices d'entrée e2 et de sortie s2 de l'échangeur thermique 2. Un des avantages est que le dispositif de répartition selon l'invention réalise trois fonctions. La première consiste à inverser le flux de gaz EGR qui circule dans l'échangeur pour remédier au problème d'encrassement. La deuxième consiste à doser le flux de gaz EGR. Cette fonction est normalement réalisée par une vanne EGR. La troisième consiste à pouvoir by passer l'échangeur thermique du refroidisseur. Cette fonction est normalement réalisée par un circuit de by-pass parallèle. La présente invention présente donc l'avantage de supprimer des composants de la ligne EGR. Un avantage supplémentaire du deuxième mode de réalisation est qu'il est possible de faire du refroidissement contrôlé du flux de gaz EGR lorsque son débit est au maximum: entre la position de by-pass et de sens normal de la pièce cylindrique 1 1, on conserve le même débit de gaz EGR. La différence réside dans la proportion de gaz EGR qui va être by passée par rapport à celle qui va traverser l'échangeur thermique 2. Ainsi, en pilotant les moyens d'actionnement de manière proportionnelle, on peut jouer sur la température des gaz EGR qui vont recirculer à l'admission. On peut réaliser le même refroidissement contrôlé entre la position bypass et la position sens inverse de la pièce cylindrique 11. Revendications 1) Dispositif de répartition de gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile vers un composant (2), caractérisé en ce qu'il définit un orifice d'entrée (el) et un orifice de sortie (si) de gaz débouchant sur un même premier plan, un orifice d'entrée (e2) et un orifice de sortie (s2) vers le composant (2) débouchant sur un même deuxième plan parallèle au premier plan, et des moyens rotatifs, disposés entre les premier et deuxième plans, pour permettre une circulation de gaz dans un sens, et dans le sens inverse. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens rotatifs sont également prévus pour permettre le dosage du débit de gaz destiné à recirculer à l'admission. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens rotatifs comportent une pièce cylindrique (3; 11) tournante autour de son axe de révolution, dont les deux faces d'extrémité se trouvent en regard des premier et deuxième plans, la pièce cylindrique (3; 11) définissant sur ses deux faces des lumières de mise en communication des orifices (e1, s1, e2, s2) agencées pour permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindre (3; 11), une circulation du flux de gaz dans un sens, une circulation de gaz dans le sens inverse. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce cylindrique (3) définit deux paires (4,5;6,7) de lumières, les lumières (4,5) de la première paire étant droites, et les lumières (6,7) de la deuxième paire étant croisées. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les moyens rotatifs sont également prévus pour by passer le composant (2). 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une cavité (8) est définie sur la face en regard du premier plan pour permettre la circulation du flux de gaz de l'entrée (el) directement vers la sortie (si) sans traverser le composant (2). 7) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce cylindrique (11) comporte deux lumières (12,13) et en ce que les deux lumières (12,13), l'entrée (el) et la sortie (si) de gaz, l'orifice d'entrée (e2) et de sortie (s2) vers le composant (2) sont de forme allongée et sont disposés de manière à permettre, selon l'angle de rotation de la pièce cylindrique (11), une circulation du flux de gaz dans un sens, une circulation de gaz dans le sens inverse, et un by-pass du composant (2). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant (2) est un échangeur thermique. 9) Refroidisseur (1) de gaz recirculés, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de répartition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10)Refroidisseur (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique (2) disposé en U.