Brevet FR2893677A1 — publié le 20070525

Dispositif de recirculation des qaz brûlés et refroidisseur d'air de suralimentation adapté pour un tel dispositif DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne, dans le domaine des moteurs à combustion interne suralimentés, des systèmes de refroidissement de l'air de suralimentation. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de recirculation des gaz brûlés, doté d'un refroidisseur agencé spécifiquement pour éviter l'accumulation de matières corrosives. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION io De manière connue, le principe de la recirculation de gaz brûlés de type EGR (Exhaust Gas Recirculation) réside dans l'introduction d'une quantité donnée de gaz d'échappement en remplacement d'une partie de l'air frais à l'admission des moteurs Diesel ou essence. Les systèmes d'EGR externes utilisent pour cela une vanne qui prélève une partie des gaz 15 d'échappement pour les réintroduire à l'admission. Ce principe permet de limiter les émissions NOx (d'autant plus que la fraction de gaz recyclés est grande) mais réduit les performances du moteur. La recirculation EGR est de plus en plus utilisée pour concilier les objectifs de performance et de dépollution des moteurs suralimentés. 20 Pour ce type de solution, il faut distinguer deux voies : la recirculation à haute pression et la recirculation à basse pression. Tandis que la recirculation à basse pression consiste à prélever des gaz après la turbine pour les réinjecter avant le compresseur d'air de suralimentation (les gaz peuvent parfois aussi être réinjectés en amont du refroidisseur d'air de 25 suralimentation qui suit le compresseur), la recirculation à haute pression (moteurs suralimentés) consiste au contraire à prélever des gaz en amont de la turbine pour les réinjecter en aval du compresseur. Les systèmes de refroidissement de l'air de suralimentation prévus dans les circuits EGR des moteurs actuels (Diesel ou à allumage 30 commandé) consistent généralement en des échangeurs de chaleur alimentés par le liquide de refroidissement du moteur. Le refroidissement de l'air rend celui-ci plus dense, ce qui permet alors d'injecter plus de carburant (meilleur mélange) et d'obtenir en définitive de meilleures performances du moteur. Un des inconvénients des refroidisseurs connus est leur encombrement et leur relative complexité (qui implique un coût élevé). Afin de simplifier ce type de système et de s'affranchir d'un échangeur encombrant et coûteux, il est envisageable d'utiliser le système de refroidissement de l'air de suralimentation pour refroidir les gaz d'EGR. io Cependant, étant donnée la composition des gaz brûlés ainsi réintroduits dans l'échangeur de chaleur, il est vraisemblable que des acides soient formés par condensation de ces composés avec la vapeur d'eau contenue dans l'air aspiré et les gaz d'échappement pendant les phases de démarrage et de fonctionnement à froid du moteur. 15 Un inconvénient des systèmes de refroidissement utilisant simplement un refroidisseur d'air de suralimentation est que les parois de l'échangeur sont attaquées par les acides, ce qui peut provoquer des percements des matériaux utilisés et des défaillances du moteur. Il est connu, par la demande de brevet japonaise n 19951017 un 20 système de refroidissement complexe pour séparer les gaz indésirables et extraire les composés acides à l'aide d'un réservoir spécifiquement prévu entre deux portions de refroidissement. Ce réservoir intermédiaire doit être régulièrement vidangé pour éviter une accumulation de liquide à forte acidité, à l'aide d'une vanne située en dessous du réservoir. L'encombrement et le 25 coût de ce type de système en limite l'utilisation dans la pratique. Il est également connu, par le document US 2003/0234009 l'utilisation d'un refroidisseur doté d'une vanne permettant de passer d'un chemin de refroidissement composé de plusieurs conduits d'échange de chaleur vers un chemin plus rapide. Le chemin plus rapide est utilisé lorsqu'il 30 y a des conditions de température insuffisantes pour réduire le risque de condensation de composés corrosifs. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de recirculation des gaz brûlés doté d'un système de refroidissement simple et peu encombrant et qui permet d'éviter tout risque d'altération des parois du système de refroidissement. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de recirculation de gaz brûlés destiné à un moteur à combustion interne, comprenant un conduit de recirculation de gaz brûlés pour les réinjecter dans un collecteur d'admission io du moteur et un refroidisseur d'air de suralimentation prévu pour refroidir en amont du collecteur d'admission un mélange formé de gaz brûlés issus de la recirculation et d'air issu d'un compresseur de suralimentation du moteur, le refroidisseur comprenant des conduits de refroidissement longitudinaux sur une longueur s'étendant entre un compartiment d'extrémité d'entrée et un 15 compartiment d'extrémité de sortie, caractérisé en ce que la disposition du refroidisseur est telle que la longueur correspond sensiblement à la différence de niveaux de hauteur entre les compartiments d'extrémité. Ainsi, il est avantageusement permis d'éviter l'altération des parois utilisées pour l'échange de chaleur en récoltant les produits de 20 condensations uniquement à la base du refroidisseur. Selon une autre particularité, les conduits de refroidissement sont agencés parallèlement les uns aux autres pour former un faisceau de conduits dont les extrémités sont à des niveaux différents, les extrémités basses des conduits débouchant dans le compartiment d'extrémité d'entrée. 25 Selon une autre particularité, les conduits de refroidissement sont agencés parallèlement les uns aux autres pour former un faisceau de conduits dont les extrémités sont à des niveaux différents, les extrémités basses des conduits débouchant dans le compartiment d'extrémité de sortie. Selon une autre particularité, au moins un des compartiments 30 d'extrémité comporte un matériau résistant aux acides du type plastique ou acier inoxydable conçu par technologie brasée. Selon une autre particularité, la disposition du refroidisseur est de type verticale et au moins un des compartiments d'extrémité comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit disposé selon une direction à composante orthogonale par rapport à un plan longitudinal du refroidisseur. Selon une autre particularité, les conduits de refroidissement sont constitués de tubes métalliques en contact avec un fluide de refroidissement. Selon une autre particularité, le conduit de recirculation est prévu pour prélever des gaz brûlés en amont d'une turbine. io Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer un refroidisseur d'air de suralimentation simple de conception, utilisable dans une recirculation des gaz brûlés, et qui est adapté pour condenser des substances chimiquement corrosives. A cet effet, l'invention concerne un refroidisseur d'air de is suralimentation permettant d'éviter l'accumulation de matières corrosives, destiné à équiper un dispositif de recirculation de gaz brûlés pour moteur à combustion interne, le refroidisseur comprenant selon une première direction des conduits de refroidissement longitudinaux sur une longueur déterminée s'étendant entre un premier compartiment d'extrémité et un second 20 compartiment d'extrémité, caractérisé en ce qu'il est agencé pour être disposé avec un niveau plus haut à une extrémité par rapport à l'autre extrémité dans un dispositif de recirculation de gaz brûlés et en ce que le premier compartiment comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit d'entrée disposé selon une deuxième direction orthogonale 25 par rapport à la première direction, tandis que le second compartiment d'extrémité comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit de sortie disposé selon une troisième direction orthogonale par rapport à la première direction, ladite longueur déterminée correspondant sensiblement à la différence des niveaux de hauteur entre lesdits 30 compartiments d'extrémité. Selon une autre particularité, le refroidisseur comprend un unique compartiment d'extrémité adapté pour recevoir des produits de condensation et formant la base du refroidisseur, ce compartiment d'extrémité de réception des produits de condensation comportant un matériau résistant aux acides du type plastique ou acier inoxydable conçu par technologie brasée. Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer une s utilisation spécifique d'un refroidisseur d'air de suralimentation dans un circuit EGR pour pallier les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention concerne une utilisation d'un refroidisseur d'air de suralimentation du type comprenant des conduits de refroidissement longitudinaux sur une longueur s'étendant entre un compartiment d'extrémité io d'entrée et un compartiment d'extrémité de sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend un positionnement du refroidisseur pour que ladite longueur corresponde sensiblement à la différence de niveau entre lesdits compartiments d'extrémité. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus is clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma fonctionnel illustrant un dispositif selon l'invention assurant une recirculation des gaz brûlés avec un refroidisseur vertical à circulation ascendante (présentant une entrée en bas) ; 20 - la figure 2 montre une disposition horizontale classique d'un refroidisseur dans un circuit EGR du type à haute pression ; - la figure 3 représente une variante de réalisation de l'invention par rapport à la figure 1 avec un refroidisseur à circulation descendante (présentant une entrée en haut). 25 DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION L'invention propose une disposition particulière du refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) utilisé dans le circuit EGR pour éliminer le phénomène de corrosion chimique sur les parois de l'échangeur thermique. 3o Pour cela, le refroidisseur (RAS) illustré aux figures 1 et 3 dispose sur une longueur (L) déterminée de conduits de refroidissement (2) longitudinaux et est disposé verticalement ou éventuellement incliné dans le circuit EGR. La longueur (L) déterminée correspond alors sensiblement à la différence de niveaux de hauteur entre les compartiments d'extrémité (21', 22') du refroidisseur. Jusqu'à présent, les refroidisseurs utilisés dans un circuit EGR étaient disposés horizontalement, comme illustré à la figure 2. Des mesures de la composition des gaz effectuées pour ces refroidisseurs (R) ont montré la présence de nitrates, de sulfures, chlorures et de composés générant des acides forts ou faibles en présence d'eau liquide. Pendant les phases de io démarrage du moteur où de l'air humide est admis à une température inférieure à 100 C ou lors du refroidissement, la vapeur d'eau peut se condenser et donc transformer ces gaz d'EGR en acides pouvant attaquer les matériaux constituant les parois du refroidisseur, généralement en aluminium. ls Lorsque le refroidisseur (R) est conventionnellement disposé de sorte que le faisceau de tubes soit horizontal par rapport au sol, ces produits de condensation ont tendance soit à stagner à l'intérieur des tubes constituant le faisceau, soit au fond des boîtes d'entrée et de sortie (201, 202), comme illustré à la figure 2. Les produits de stagnation (S) attaquent 20 directement les parois échangeuses et les condensats (Cl, C2) formés dans les boîtes d'entrée et de sortie (201, 202) peuvent provoquer un percement des parois latérales du refroidisseur (R). Ce type de refroidisseur (R) n'est donc pas bien adapté pour recevoir directement des gaz d'EGR prélevés par la conduite (30) de recirculation en amont de la turbine (12). II est préférable 25 avec ce type de refroidisseur (R) d'air de suralimentation de prévoir une conduite spécifique parallèle pour les gaz d'EGR afin d'éviter qu'ils ne pénètrent dans ce refroidisseur (R). Dans ce cas, la conduite (30) de recirculation ne rejoint pas la conduite (110) d'acheminement d'air issu du compresseur d'air de suralimentation (11) en amont du refroidisseur (R). 30 Dans le mode de réalisation des figures 1 et 3, le refroidisseur (RAS) selon l'invention permet l'écoulement, de façon naturelle (pesanteur), des produits de condensation (C) dans le fond du compartiment d'extrémité (21, 22') situé le plus en bas. Ce compartiment (21, 22') au moins peut être fabriqué dans un matériau résistant aux acides. A titre d'exemple non limitatif, le compartiment d'extrémité (21, 22') de réception des produits de condensation comporte un matériau résistant aux acides du type plastique ou acier inoxydable conçu par technologie brasée. Les risques de corrosion sont par conséquent limités. Les compartiments d'entrée et de sortie (21, 21', 22, 22') peuvent être constitués de matériaux différents puisque le compartiment du haut ne subit pas les mêmes contraintes que celui du bas. Ils peuvent en variante être composés des mêmes matériaux. lo L'unique compartiment d'extrémité (21, 22') formant la base du refroidisseur (RAS) et permettant de collecter les produits de condensation peut comprendre un revêtement de fond dont la structure (lisse, sans aspérité) ou la composition est prévue pour minimiser l'encrassement par les produits de condensation (C). is Pour que les produits de condensation (C) soient entraînés par les gaz chauds pendant les phases de fonctionnement du moteur, le compartiment (21) situé en bas et formant la base du refroidisseur (RAS) peut être relié, au sens de l'écoulement du moteur (M) comme illustré à la figure 1, à l'entrée du refroidisseur (RAS). Autrement dit, le compartiment 20 d'extrémité (21) recevant les produits de condensation (C) peut être relié à une entrée recevant l'air acheminé par la conduite (110) et les gaz d'EGR acheminés par la conduite (30) de recirculation. L'entraînement des produits de condensation (C) s'effectue en effet d'autant mieux que les gaz en provenance du compresseur (11), non encore refroidis, sont plus chauds. 25 En référence aux figures 1 et 3, les conduits de refroidissement (2) longitudinaux sont parallèles et disposés en un faisceau vertical. En variante, les extrémités des conduits (2) peuvent être simplement à des niveaux différents, selon une inclinaison suffisante pour permettre la récolte des condensats (inclinaison de préférence supérieure à 45 ). Le refroidisseur 30 (RAS) a une forme générale cylindrique allongée. Dans l'exemple de la figure 1, les extrémités basses des conduits (2) débouchent dans le compartiment d'extrémité d'entrée (21). Dans la variante de la figure 3, les extrémités basses des conduits (2) débouchent dans le compartiment d'extrémité de sortie (22'). La géométrie de la figure 3 présente l'avantage que les produits de condensation (C) peuvent être entraînés de façon aisée par l'écoulement du mélange refroidi, ces produits (C) étant déjà présents à proximité de la sortie du refroidisseur (RAS). Dans tous les cas, il est permis selon l'invention d'empêcher l'accumulation de matières corrosives sur des parois longitudinales du refroidisseur d'air de suralimentation. Selon l'invention, le refroidisseur (RAS) peut être implanté dans le cas d'un moteur à quatre cylindres avec recirculation EGR ou tout autre io moteur suralimenté. Pendant le fonctionnement du moteur, le compresseur (11) augmente le débit d'air qui alimente le moteur (M). Un seul refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) selon l'invention permet à la fois de refroidir l'air ayant subi la compression et les gaz d'EGR (leur densité sera donc moindre lors de l'injection). ls Le refroidisseur (RAS) comporte un échangeur de chaleur, par exemple du type air-air, composé du faisceau (2) de conduits parallèles et de deux volumes formant les compartiments d'extrémités (21, 21', 22, 22'). Le compartiment d'extrémité d'entrée (21, 21') a un volume qui communique avec chacun des conduits de refroidissement (2) pour alimenter 20 convenablement le faisceau en air. Le compartiment d'extrémité de sortie (21, 21') a un volume permettant de collecter l'air refroidi. Le faisceau est constitué par exemple de tubes métalliques parallèles dont le rôle est d'assurer les échanges de chaleur du fluide à refroidir avec le milieu environnant. L'échangeur de chaleur peut aussi être du type air-liquide de 25 refroidissement. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins un des compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22') comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit disposé selon une direction à composante orthogonale par rapport à un plan longitudinal du refroidisseur 30 (RAS). Ce plan longitudinal contient la verticale illustrée par la flèche indiquée dans les figures 1 et 3. Dans le refroidisseur (RAS) montré aux figures 1 et 3, le premier compartiment (21, 21') peut comporter une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit d'entrée disposé selon une direction orthogonale par rapport à la direction verticale, tandis que le second compartiment d'extrémité (22, 22') comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit de sortie disposé selon une autre direction orthogonale par rapport à la direction verticale. L'invention permet d'obtenir un dispositif de recirculation de gaz brûlés incluant un conduit de recirculation (30) pour prélever des gaz brûlés en amont de la turbine (12) qui est dirigé vers un refroidisseur de suralimentation (RAS) simple de conception doté des conduits de io refroidissement (2) longitudinaux sur une longueur (L) déterminée, dont la disposition est avantageusement verticale dans le dispositif de recirculation de gaz brûlés, ladite longueur (L) correspondant sensiblement à la différence des niveaux de hauteur entre les compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22') du refroidisseur (RAS). 15 Les gaz d'EGR peuvent être indifféremment prélevés au niveau du collecteur d'échappement (5), ou à un n'importe quel point de la ligne d'échappement, notamment en aval d'un filtre à particules. Dans des modes de réalisation de l'invention, les gaz d'EGR peuvent être introduits en amont du refroidisseur (RAS), mais également en amont du compresseur (11) ou 20 en tout autre point situé avant le refroidisseur (RAS) en se référant au sens de l'écoulement traversant le moteur (M). Un des avantages de l'invention est de permettre un refroidissement qui rehausse les performances du moteur (M) tout en utilisant un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) simple de conception, peu 25 encombrant, alliant réduction de la pollution et refroidissement des gaz d'échappement et permettant de réduire considérablement l'encrassement. On comprend que l'invention peut être utilisée aussi bien sur des moteurs Diesel que sur des moteurs essence suralimentés. L'invention peut également être utilisée sur un moteur non suralimenté sur lequel on se 30 servirait du refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) pour refroidir des gaz d'EGR. io Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif de recirculation de gaz brûlés destiné à un moteur (M) à combustion interne, comprenant un conduit de recirculation (30) de gaz brûlés pour les réinjecter dans un collecteur d'admission (4) du moteur (M) et un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) prévu pour refroidir en amont du collecteur d'admission (4) un mélange formé de gaz brûlés issus de la recirculation et d'air issu d'un compresseur de suralimentation (11) du moteur (M), le refroidisseur (RAS) comprenant des conduits de refroidissement (2) longitudinaux sur une longueur (L) s'étendant entre un io compartiment d'extrémité d'entrée (21, 21') et un compartiment d'extrémité de sortie (22, 22'), caractérisé en ce que la disposition du refroidisseur (RAS) est telle que ladite longueur (L) correspond sensiblement à la différence de niveaux de hauteur entre les compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22'). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les conduits de is refroidissement (2) sont agencés parallèlement les uns aux autres pour former un faisceau de conduits dont les extrémités sont à des niveaux différents, les extrémités basses des conduits (2) débouchant dans le compartiment d'extrémité d'entrée (21). 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les conduits de 20 refroidissement (2) sont agencés parallèlement les uns aux autres pour former un faisceau de conduits dont les extrémités sont à des niveaux différents, les extrémités basses des conduits (2) débouchant dans le compartiment d'extrémité de sortie (22'). 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, dans lequel au 25 moins un des compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22') comporte un matériau résistant aux acides du type plastique ou acier inoxydable conçu par technologie brasée. 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, dans lequel la disposition du refroidisseur (RAS) est de type verticale et au moins un descompartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22') comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit disposé selon une direction à composante orthogonale par rapport à un plan longitudinal du refroidisseur (RAS). 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, dans lequel les conduits de refroidissement (2) sont constitués de tubes métalliques en contact avec un fluide de refroidissement. 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le conduit de recirculation (30) est prévu pour prélever des gaz brûlés en amont to d'une turbine (12). 8. Refroidisseur d'air de suralimentation permettant d'éviter l'accumulation de matières corrosives, destiné à équiper un dispositif de recirculation de gaz brûlés pour moteur (M) à combustion interne, le refroidisseur (RAS) comprenant selon une première direction des conduits 1s de refroidissement (2) longitudinaux sur une longueur (L) déterminée s'étendant entre un premier compartiment d'extrémité (21, 21') et un second compartiment d'extrémité (22, 22'), caractérisé en ce qu'il est agencé pour être disposé avec un niveau plus haut à une extrémité par rapport à l'autre extrémité dans un dispositif de recirculation de gaz brûlés et en ce que le 20 premier compartiment (21, 21') comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit d'entrée disposé selon une deuxième direction orthogonale par rapport à la première direction, tandis que le second compartiment d'extrémité (22, 22') comporte une ouverture latérale pour communiquer avec un conduit de sortie disposé selon une troisième 25 direction orthogonale par rapport à la première direction, ladite longueur (L) déterminée correspondant sensiblement à la différence des niveaux de hauteur entre lesdits compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22'). 9. Refroidisseur selon la revendication 8, comprenant un unique compartiment d'extrémité (21, 22') adapté pour recevoir des produits de 30 condensation et formant la base du refroidisseur (RAS), ce compartimentd'extrémité (21, 22') de réception des produits de condensation comportant un matériau résistant aux acides du type plastique ou acier inoxydable conçu par technologie brasée. 10. Utilisation d'un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) du type comprenant des conduits de refroidissement (2) longitudinaux sur une longueur (L) s'étendant entre un compartiment d'extrémité d'entrée (21, 21') et un compartiment d'extrémité de sortie (22, 22'), caractérisée en ce qu'elle comprend un positionnement du refroidisseur (RAS) pour que ladite longueur (L) corresponde sensiblement à la différence de niveau entre lesdits compartiments d'extrémité (21, 21', 22, 22').