Brevet FR2921102A1 — publié le 20090320

Dispositif de gestion des condensats notamment dans des systèmes EGR [0001] L'invention se rapporte à un dispositif de gestion des condensats dans des systèmes de recyclage de gaz d'échappement appelés couramment � EGR � notamment pour moteur Diesel de véhicule automobile. [0002] Il est connu il est proposé des moteurs de systèmes dits de type � EGR � 10 en appellation anglo-saxonne : � Exhaust Gas Recirculation � qui permettent de réintroduire une partie des gaz d'échappement à l'admission du moteur. Ces systèmes comprennent par exemple une vanne de contrôle de recyclage et des moyens pour refroidir tout ou partie des gaz recirculés avant leur réadmission dans le moteur et des moyens de commande de l'ouverture/fermeture de la vanne pour 15 contrôler la circulation de gaz dans le circuit. [0003] De tels systèmes ont été développés pour répondre à des normes relatives au niveau des émissions polluantes liées au fonctionnement de ce type de moteur, ces normes étant de plus en plus sévères, en particulier en ce qui concerne les émissions d'oxyde d'azote. 20 [0004] Un schéma de principe d'un moteur muni d'un tel système est illustré en figure 1 qui montre un moteur thermique 2 avec une voie d `admission de gaz 1 et une voie d'échappement de gaz 3, une fraction des gaz d'échappement étant réintroduite dans la voie d'admission au moyen d'un système 4 de type � EGR �. Ce système 4 comporte une vanne 40 permettant de régler le débit de gaz. Le circuit 25 EGR constitue une liaison 41 entre le collecteur d'échappement 3 et le collecteur d'admission 1. Le circuit de recirculation comporte entre outre un refroidisseur 42, tel qu'un échangeur thermique à tubes pouvant échanger typiquement avec le liquide de refroidissement du moteur, afin de ne pas introduire de gaz trop chauds dans la chambre de combustion, ce qui pourrait entraîner une perte de rendement 30 thermique.5 [0005] Dans le cadre de la dépollution des moteurs Diesel, l'apport de gaz d'échappement à l'admission permet de réduire de manière significative les émissions d'oxydes d'azote (polluant réglementé). [0006] Pour améliorer la puissance du moteur, on est par ailleurs amené à introduire de l'air sous-pression au niveau du moteur thermique. Pour cela on utilise un compresseur qui sort de l'air sous-pression chauffé qu'il convient de refroidir par un refroidisseur d'air suralimenté. Ce refroidisseur est encore dénommé couramment � RAS � pour refroidisseur d'air de suralimentation. [0007] Le mélange des gaz d'échappement avec l'air frais s'effectue dans 10 certaines configurations en amont du refroidisseur de suralimentation qui présente une efficacité de refroidissement élevée (température de parois très basse). [0008] Au contact de cette paroi le mélange air extérieur / gaz d'échappement - riche en eau du fait de la de combustion du carburant (dont les deux produits de réaction sont à la base du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau) - génère une 15 condensation d'eau à un débit non négligeable qui peut atteindre quelques litres d'eau par heure. [0009] Dans certaines applications le refroidisseur d'air de suralimentation � classique � présente un point bas où cette eau peut s'accumuler, ce qui peut aller jusqu'à boucher la section de passage de l'air, et au risque de provoquer alors une 20 casse moteur. [0010] Ce problème se rencontre par exemple avec un échangeur de deux passes en 'U', c'est-à-dire un échangeur avec une entrée en haut et une sortie en haut et une � boite basse � servant au mélange ayant traversé une fois l'échangeur de le retraverser une seconde fois comme illustré en figure 2. 25 [0011] Selon l'invention, il est proposé une solution permettant d'assurer au dessus d'un certain niveau d'eau dans la boite basse de l'échangeur, d'évacuer automatiquement le � trop plein � de condensats présent dans la seconde boîte. Le concept vise à assurer ainsi, au dessus d'un certain niveau d'eau dans la boite basse de l'échangeur une ouverture permanente sans générer de fuite de gaz/air 30 vers l'extérieur. [0012] Plus précisément l'invention a pour objet un dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, pour véhicule automobile comportant un échangeur, des moyens d'alimentation d'un flux d'entrée de gaz dans ledit échangeur, ledit échangeur comportant une première boîte d'échangeur haute, et une seconde boîte d'échangeur basse, caractérisé en ce que la seconde boîte comporte : • un élément mobile en fond de boîte ; • des moyens de rappel dudit élément mobile, fixés à ladite seconde boîte; • un orifice positionné de telle façon que lorsque le niveau de fluide susceptible de 10 condenser est inférieur à un seuil dans la boîte basse, la force de rappel exercée est suffisante pour permettre de boucher l'orifice. [0013] A noter que le moyen de rappel n'est pas en soi le seul élément s'opposant à l'ouverture, le poids du système, et la pression dans la boite d'échangeur concourant à maintenir l'orifice bouché. 15 [0014] Selon une variante de l'invention la boîte basse comporte un flotteur couplé à l'élément mobile pour permettre à ce dernier de flotter. [0015] Selon une variante de l'invention, les moyens de rappel, comprennent un ressort couplé à l'élément mobile. [0016] Selon une variante de l'invention, les moyens de rappel comprennent un 20 levier. [0017] Selon une variante de l'invention, la boîte basse comporte un flotteur, un bras de levier, ledit bras de levier étant d'une par relié audit flotteur et d'autre part comporte des moyens pour fermer l'orifice. [0018] Selon une variante de l'invention, les moyens de rappel comprennent un 25 ressort couplé à l'élément mobile. [0019] Selon une variante de l'invention, le flux d'entrée de gaz comporte de l'air comprimé. [0020] Selon une variante de l'invention le fluide susceptible de condenser est de l'eau, ce qui est donc notamment le cas lorsque le flux d'entrée comporte des gaz d'échappement du véhicule automobile et l'invention s'applique tout particulièrment à un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique muni d'un dispositif de gestion des condensats tel que décrit précédemment. [0021] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : [0022] la figure 1 illustre un exemple de moteur thermique équipé d'un système EGR de retraitement de gaz d'échappement selon l'art connu; [0023] la figure 2 illustre un exemple d'échangeur comportant deux boîtes dont l'une présente des risques de formation de condensats utilisée dans un dispositif de l'invention ; [0024] les figure 3a, 3b et 3c illustrent un premier exemple de boîte basse dont est équipé un dispositif de l'invention ; [0025] la figure 4 illustre un second exemple de boîte basse dont est équipé un dispositif de l'invention. [0026] L'invention est décrite ci-après dans le cadre d'un moteur Diesel mais elle pourrait également être utilisé dans le cadre d'un moteur essence. Ce moteur est équipé d'un compresseur destiné à envoyer de l'air comprimé en alimentation moteur équipé d'un échangeur tel que celui illustré en figure 2. Le condensat que l'on cherche à gérer est en l'occurrence de l'eau induite au niveau de l'air et des gaz d'échappement qui développent lors de la combustion moteur des molécules d'eau. Le flux de gaz F1, échauffé à l'issue de la compression, en sortie de compresseur 6 peut être refroidi avant d'être injecté au niveau du moteur thermique via un répartiteur 7. Pour cela il est envoyé dans un échangeur 5 encore dénommé RAS. L'échangeur présente une forme en � U � et comporte deux boîtes, une boîte supérieure 51 et une boîte inférieure 52. [0027] Selon l'invention, la boîte basse est équipée d'une ouverture permanente qui ne génère pas de fuite de gaz/air vers l'extérieur. [0028] Les figures 3a, 3b et 3c illustrent un premier exemple de dispositif équipant la boîte basse selon l'invention permettant de gérer le trop plein de condensats. [0029] La figure 3a illustre un premier exemple de boîte basse comportant un élément mobile 520, couplé à un orifice de fond de boîte 521. [0030] La figure 3b illustre un agrandissement de ce premier exemple de boîte, en mode de fonctionnement avec une quantité d'eau inférieure à une quantité d'eau 10 seuil admise. L'élément mobile 520 est équipé d'un flotteur 522, l'élément mobile est par ailleurs solidaire de moyens de rappel, type ressort 523. La paroi inférieure de la boîte 52, est munie d'une ouverture comportant des parois latérales, dont l'une d'elles est pourvue d'un orifice 521. Le niveau d'eau présent dans la boîte basse est identifié par une ligne ondulée E. Lorsque le niveau d'eau est suffisamment bas 15 dans la boîte, la poussée d'Archimède est suffisamment faible pour ne pas compenser la force de rappel qu'exerce le ressort sur l'élément mobile. La paroi verticale présentant l'orifice 521 reste étanche en raison de la pression exercée au niveau de l'ensemble de ladite paroi verticale, sous l'effet de la force de rappel du ressort, l'eau n'est pas évacuée de la boîte basse. 20 [0031] Comme illustré en figure 3c, lorsque le niveau d'eau dépasse une certaine hauteur et donc qu'une quantité d'eau est suffisamment importante pour exercer une poussée d'Archimède supérieure à la force de rappel du ressort, l'élément mobile est poussé vers la surface de l'eau et flotte, l'orifice 521 de la paroi latérale devient opérationnel et une partie de l'eau présente dans la boîte basse peut ainsi 25 être évacuée. [0032] Ainsi, lorsque le niveau d'eau est bas, la force de rappel du ressort F permet de boucher l'orifice. [0033] On a l'équation suivante : F = k*x5 avec k : constante propre au ressort et x : étirement du ressort. [0034] L'échangeur reste toujours en pression sans fuites. [0035] Lorsque le niveau d'eau est haut deux forces coexistent : • la force du ressort : k*x • la poussée d'Archimède : g*p*V (avec p la densité de la � bouée � immergée et V le volume de la � bouée �). [0036] Lorsque le volume de la � bouée � commence à s'immerger il entraîne l'élément mobile avec lui. L'orifice peut s'ouvrir, tout en maintenant la pression du mélange air/gaz dans l'échangeur (car l'orifice est dans l'eau). [0037] La figure 4 illustre un second exemple de boîte basse utilisée dans un dispositif selon l'invention dans lequel l'élément mobile comporte un flotteur 524 avec un point d'ancrage 525 à un bras de levier 526. L'autre extrémité du bras de levier 526 est couplée à un élément 527 qui peut actionner l'ouverture ou la fermeture de l'orifice 521. [0038] Le fonctionnement est analogue à celui décrit pour l'exemple de réalisation illustré en figure 3. Lorsqu'un niveau d'eau dépasse une valeur seuil, et donc qu'une poussée d'eau est suffisamment appliquée sur le flotteur, l'orifice 521 est opérationnel et permet l'écoulement d'une certaine quantité d'eau. [0039] Le composant comportant l'élément mobile et les moyens de rappel peut être associé à une géométrie de point bas d'échangeur limitant le risque de gel, ou dans l'hypothèse où celui-ci s'est produit, une géométrie favorisant le `démoulage' lors du dégel et/ou en employant des matériaux supportant des dilatations. [0040] Les principaux avantages de l'invention résident notamment dans la simplicité du dispositif, sans élément actif, sans stratégie de pilotage et sans autre impact qu'une modification d'un moule standard moule de la boite basse de l'échangeur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, pour véhicule automobile comportant un échangeur (5), des moyens d'alimentation d'un flux d'entrée de gaz (F1) dans ledit échangeur, ledit échangeur comportant une première boîte d'échangeur supérieure (51), et une seconde boîte d'échangeur inférieure (52), caractérisé en ce que la seconde boîte comporte : • un élément mobile en fond de boîte (520, 524); • des moyens de rappel couplés audit élément mobile (523,526) et fixés à ladite seconde boîte ; • un orifice (521) positionné de telle façon que lorsque le niveau de fluide susceptible de condenser est inférieur à un seuil dans la boîte 15 basse, la force de rappel exercée par les moyens de rappel permet de boucher l'orifice via l'élément mobile. 2. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, selon 20 la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de rappel comprennent un ressort couplé à l'élément mobile. 3. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, selon 25 la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de rappel comprennent un bras de levier couplé à l'élément mobile. 4. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, selon 30 l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément mobile est couplé à un flotteur, de manière à permettre à ce dernier de flotter et d'entraîner l'ouverture de l'orifice lorsqu'une quantité de condensat est supérieure à une valeur seuil. 5. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boîte basse comporte un flotteur, un bras de levier, ledit bras de levier étant d'une part relié audit flotteur et d'autre part comporte des moyens pour fermer l'orifice. 6. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flux d'entrée de gaz 1 o comporte de l'air comprimé. 7. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le flux d'entrée 15 comporte des gaz d'échappement du véhicule automobile. 8. Dispositif de gestion de condensats d'un échangeur de refroidissement de gaz comportant un fluide susceptible de condenser selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le fluide susceptible de 20 condenser est de l'eau. 9. Système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique muni d'un dispositif de gestion des condensats selon la revendication 8.