Brevet FR2935024A1 — publié le 20100219

DEMANDE DE BREVET B08-0838FR - EGA/EVH PJ 8503-IA Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé de décollement de dépôts sur les parois d'échange thermique d'un refroidisseur de recirculation des gaz d'échappement et moteur à combustion interne. Invention de : POINTARD Christophe CHENUET Laurent Procédé de décollement de dépôts sur les parois d'échange thermique d'un refroidisseur de recirculation des gaz d'échappement et moteur à combustion interne. L'invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne de type essence ou diesel, produisant des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes telles que des oxydes d'azote (NOx). L'invention concerne en particulier le domaine des dispositifs et procédés de recirculation des gaz d'échappement qui sont prélevés en aval du moteur et réintroduits dans le circuit d'admission du moteur. De tels dispositifs et procédés sont appelés � EGR �, pour � Exhaust Gas Recirculation �, ils réduisent la pollution due aux oxydes d'azote. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs EGR qui comportent un échangeur thermique appelé refroidisseur EGR. En effet, il est connu que le fait de refroidir les gaz d'échappement avant de les réintroduire dans le circuit d'admission du moteur permet d'améliorer la dépollution obtenue. Il existe plusieurs types de procédés de recirculation selon l'endroit où sont prélevés les gaz d'échappement Les gaz recirculés peuvent être prélevés en amont de la turbine du turbocompresseur, on parle alors de EGR haute pression. Les gaz de recirculation peuvent être prélevés en aval de la turbine, du catalyseur d'oxydation, et du filtre à particules, on parle de EGR basse pression. L'invention concerne tout particulièrement le domaine des procédés de décrassage du refroidisseur EGR dans des circuits de recirculation haute pression. En effet, les procédés EGR haute pression présentent l'avantage de réduire les émissions d'hydrocarbures à froid comparativement à l'EGR basse pression. Ce type de recirculation convient pour les phases de démarrage du véhicule ou pour des circulations en milieu urbain lorsque le moteur est encore froid. Cependant, les gaz de recirculation dans les dispositifs EGR haute pression sont plus chargés en suies que dans les dispositifs EGR basse pression. Les particules et les suies ont particulièrement tendance à se déposer sur les parois d'échange thermique du refroidisseur EGR en raison de la condensation qu'il provoque. L'encrassement forme une croûte solide qui se colle aux parois et provoque une dérive des caractéristiques aérodynamiques (sections efficaces, perméabilités) et thermodynamiques (pressions, températures d'écoulement) des gaz de recirculation et donc une augmentation des émissions d'oxyde d'azote. Plusieurs méthodes ont été proposées pour décrasser le refroidisseur EGR. Selon la demande de brevet WO 2007/062 682, on peut injecter, lorsque le moteur est arrêté, de l'air sous pression directement dans le conduit de recirculation des gaz d'échappement, pour décoller les particules. Cette méthode nécessite une source d'air frais sous pression, et n'est applicable que lorsque le moteur est arrêté. Selon la demande JP 2002/039 019, on peut injecter du solvant dans le conduit des gaz d'échappement du refroidisseur EGR. Un tel solvant peut provoquer une pollution supplémentaire. Selon la demande de brevet WO 2007/039 702, on inverse le sens de circulation des gaz d'échappement traversant le refroidisseur EGR. Cette méthode nécessite la mise en place d'actionneurs supplémentaires avec des pièces mobiles portées à haute température. Cela nécessite de piloter cet actionneur et d'en gérer la fiabilité. L'invention propose un procédé de décollement de dépôt sur les parois d'échange thermique d'un refroidisseur monté dans un circuit de recirculation des gaz d'échappement prélevés en amont du turbocompresseur d'un moteur à combustion interne. Le procédé vise à remédier aux inconvénients précités. L'invention propose également un moteur pour l'utilisation d'un tel procédé. Un but de l'invention est d'améliorer le décollement des dépôts, notamment sans introduire de pollution supplémentaire. Selon un aspect, l'invention porte sur un procédé de décollement de dépôts sur des parois d'échange thermique d'un refroidisseur monté dans un circuit de recirculation des gaz d'échappement prélevés en amont d'un turbocompresseur d'un moteur à combustion interne. Un fluide caloporteur circule dans ledit refroidisseur de recirculation. On régule la température du fluide caloporteur en dessous d'une limite haute de température. On fait circuler le fluide caloporteur pendant une période de temps lorsque le débit des gaz dans le circuit de recirculation est inférieur à un seuil de débit ou est interrompu L'échauffement des dépôts dans le refroidisseur de recirculation est du au débit des gaz d'échappement recirculés. Lorsque ce débit est inférieur à un seuil, cet échauffement diminue naturellement. Le fait de faire circuler le fluide caloporteur à une température inférieure à la limite haute de température accélère le refroidissement naturel des dépôts. Cela provoque un choc thermique. Cela fragilise le dépôt de suies à l'intérieur de l'échangeur thermique. Les suies déposées sont friables et se décollent de la paroi de l'échangeur thermique. De plus, le fait d'agir sur le circuit de refroidissement de l'échangeur thermique n'introduit aucune pollution supplémentaire dans les gaz d'admission. Le fluide caloporteur peut en particulier être de l'eau avec éventuellement des additifs anticorrosion et/ou antigel. Selon un mode de réalisation, on fait circuler le fluide caloporteur à une température inférieure à la limite haute de température, immédiatement après que le débit de gaz dans le circuit de recirculation soit devenue inférieur audit seul de débit ou a été interrompu. Le décrassage de l'échangeur thermique est d'autant plus efficace que le choc thermique est important. Le fait de refroidir les suies par le fluide caloporteur dès que commence le refroidissement naturel dû au faible débit de recirculation, accentue le choc thermique et le décollement des dépôts. Selon une variante, on fait circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation pendant le fonctionnement du moteur et pendant une partie des périodes de faible recirculation au cours desquelles le débit des gaz de recirculation est inférieur audit seuil de débit. De manière alternative ou complémentaire, on peut faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation après l'arrêt du moteur. Selon une caractéristique de l'invention, la limite haute de température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil de sensiblement 60°C, et de préférence comprise entre 55°C et 45°C. Cela présente l'avantage d'être à la fois facile à obtenir avec des radiateurs classiques et de provoquer un décrassage efficace du refroidisseur de recirculation. Selon un mode de réalisation, le procédé utilise un système de refroidissement du moteur à combustion interne et du refroidisseur de recirculation. Avantageusement, la circulation du fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation est indépendante de la circulation du fluide caloporteur à travers le bâti du moteur. Cela permet que la température de régulation du fluide caloporteur, dans le refroidisseur, présente une température maximale, par exemple de l'ordre de 50°C, qui est inférieure à celle d'un circuit de refroidissement principal du moteur à combustion interne qui est par exemple de l'ordre de 90°C. L'indépendance des circulations de fluide caloporteur permet de décrasser le refroidisseur lorsque l'on ne souhaite pas refroidir le moteur à combustion interne. C'est le cas notamment lors des phases de démarrage du moteur, ou après l'arrêt du moteur. Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur et d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement raccordé en amont du turbocompresseur. Le circuit de recirculation est muni d'un refroidisseur de recirculation apte à refroidir les gaz d'échappement recirculés. Le moteur comprend en outre un système de refroidissement comprenant une branche auxiliaire incluant le refroidisseur de recirculation et une pompe auxiliaire apte à faire circuler un fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation. Le système de refroidissement comprend un moyen de détermination d'une limite haute de température et un moyen de régulation de la température du fluide caloporteur en dessous de ladite limite haute. Le moteur comprend un moyen de détermination d'un seuil de débit, un moyen de comparaison du débit des gaz d'échappement recirculés audit seuil de débit et un moyen de détermination d'une période de temps d'actionnement de la pompe auxiliaire et une unité de commande apte à actionner la pompe auxiliaire, pendant ladite période de temps, en fonction d'un signal émis par le moyen de comparaison. On conçoit qu'un tel moteur est apte à refroidir les dépôts en plus du refroidissement naturel dû à un faible débit de recirculation. Avantageusement, ladite branche auxiliaire ne traverse pas le bâti du moteur. Cela facilite la régulation de la température du refroidisseur en dessous de 65°C. Avantageusement, le système de refroidissement comprend une pompe principale apte à faire circuler du fluide caloporteur à travers le bâti du moteur. L'unité de commande est apte à commander la pompe principale et la pompe auxiliaire, indépendamment l'une de l'autre. Avantageusement, ladite pompe auxiliaire est entraînée par un moteur électrique. Le moteur électrique peut être alimenté par une batterie. Cela permet de continuer le refroidissement du refroidisseur de recirculation même lorsque le moteur thermique est arrêté. Avantageusement le moteur comprend une vanne de recirculation, insérée le long du circuit de recirculation des gaz d'échappement et comprenant un capteur d'état de la vanne de recirculation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est un diagramme illustrant un moteur à combustion interne ; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un refroidisseur EGR. Comme illustré sur la figure 1, le moteur comprend un bâti de moteur 1 présentant une pluralité de chambres de combustion 2, un turbocompresseur 3 et un radiateur 4. Les chambres de combustion 2 sont alimentées en air par un circuit d'admission 5 comprenant successivement, dans le sens de l'écoulement de l'air d'admission, un filtre à air 6, un compresseur 7 du turbocompresseur 3 et un collecteur d'admission 8. Le moteur comprend également un circuit d'échappement 9 comprenant successivement dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement, un collecteur d'échappement 10, une turbine 11 du turbocompresseur 3, un catalyseur d'oxydation 12 et un filtre à particules 13. Le moteur comprend également un circuit de recirculation 14 s'étendant entre une jonction amont 15 et une jonction aval 16. La jonction amont 15 raccorde le circuit de circulation 14 au circuit d'échappement 9. La jonction amont 15 est située en aval du collecteur d'échappement 10 et en amont de la turbine 11. La jonction aval 16 raccorde le circuit de recirculation 14 au circuit d'admission 5. La jonction aval 16 est située en aval du compresseur 7 et en amont du collecteur d'admission 8. La pression des gaz d'échappement en amont de la turbine 11 est supérieure à la pression de l'air d'admission en aval du compresseur 7 en raison de l'échauffement produit dans les chambres de combustion 2. Ainsi, les gaz du circuit de recirculation 14 s'écoulent de la jonction amont 15 vers la jonction aval 16. Autrement dit, une partie des gaz d'échappement issus des chambres de combustion 2 est prélevée du circuit d'échappement 9 en amont du turbocompresseur 3 pour être recirculée vers le circuit d'admission 5. Le circuit de recirculation 14 comprend un refroidisseur de recirculation 17, ainsi qu'une vanne de recirculation 18 équipée d'un obturateur 19 et d'un capteur d'état 21 indiquant la position en cours de l'obturateur 19. Le moteur peut également comprendre un capteur de pression 22 des gaz recirculés. Le moteur comprend par ailleurs un système de refroidissement 23 comprenant un circuit principal 24 servant au refroidissement du bâti 1 du moteur et comprenant également une branche auxiliaire 25 destinée à alimenter le refroidisseur de recirculation 17 en fluide caloporteur. Le fluide caloporteur utilisé dans le système de refroidissement 23 peut être de l'eau, à laquelle ont été ajoutés des additifs antigel et/ou anticorrosion. Le circuit principal 24 comprend successivement dans le sens de l'écoulement du fluide caloporteur, une pompe principale 26, des canaux 27 ménagés à l'intérieur du bâti moteur 1 en vue de son refroidissement, des canalisations de raccordement, et une partie principale 28 du radiateur 4. La branche auxiliaire 25 du système de refroidissement 23 comprend successivement dans le sens de l'écoulement du fluide caloporteur, une pompe auxiliaire 30, une partie auxiliaire 31 du radiateur 3 et le refroidisseur de recirculation 17. Un capteur de température 32 est disposé le long de la branche auxiliaire 25 entre la partie auxiliaire 30 du radiateur 4 et le refroidisseur de recirculation 17. Dans le système de refroidissement 23 illustré, les parties principale 28 et auxiliaire 31 du radiateur 4 peuvent être indépendantes, ainsi, la branche auxiliaire 25 peut être un circuit totalement séparé du circuit principal 23. Dans une variante, les parties principale 28 et auxiliaire 31 du radiateur 4 peuvent communiquer de sorte que la pression du fluide caloporteur dans le circuit principal 24 et dans la branche auxiliaire 25 sont identiques. Un même vase d'expansion, non représenté sur la figure, peut réguler cette pression pour l'ensemble du système de refroidissement 23. Dans l'une ou l'autre des variantes ci-dessus, la température du fluide caloporteur dans le circuit principal 24 est directement régulée par la pompe principale 26 et l'efficacité thermique de la partie principale 28 de radiateur 4. De même, la température du fluide caloporteur dans la branche auxiliaire 25 est directement régulée par la pompe auxiliaire 30 et la partie auxiliaire 31 du radiateur 4. Le moteur est également équipé d'une unité de commande 33 de la pompe auxiliaire 30. L'unité de commande 33 actionne la pompe principale 26 et/ou la pompe auxiliaire 30 de manière indépendante l'une de l'autre. Ainsi, la température du fluide caloporteur dans le circuit principal 24 peut être de l'ordre de 90°C. La température du fluide caloporteur dans la branche auxiliaire 25 peut être régulée en dessous d'une température haute de l'ordre de 50°C. La pompe principale 26 est directement actionnée par la courroie entraînée par le vilebrequin du moteur. La pompe auxiliaire 30 est entraînée par un moteur électrique et peut ainsi être actionnée après que le moteur thermique soit arrêté. Le moteur comprend également des moyens de détermination 34, 35, 36 respectivement d'un seuil de débit des gaz recirculés 34a, d'une période de temps 35a d'actionnement de la pompe auxiliaire 30, et d'une limite haute 36a de température du fluide caloporteur. Lesdits moyens de détermination 34, 35, 36 peuvent être par exemple des mémoires de l'unité de commande 33 contenant lesdites informations. L'un et/ou l'autre desdits moyens de détermination peuvent être déportés dans un ordinateur de bord du véhicule, les valeurs desdits paramètres 34a, 35a, 36a pouvant varier en fonction des types de carburant utilisés, de l'âge du refroidisseur EGR ou du régime de fonctionnement du moteur. Le seuil de débit 34a n'est pas nul mais reste suffisamment faible pour que l'échauffement résiduel des dépôts 39 par le faible débit de recirculation soit négligeable par rapport à l'effet de refroidissement violent dû au maintien de la paroi d'échange 29 en dessous de la limite haute de température 36a. La période de temps 35a est suffisante pour faire baisser la température de la paroi d'échange 29 depuis la température des gaz d'échappement de façon significative, soit par exemple de l'ordre de 200°C jusqu'à ladite limite haute de température, sensiblement de l'ordre de 50°C. La période de temps 35a est, par exemple, de environ 5 à environ 10 minutes. La limite haute de température 36a est inférieure à 65°C et de préférence comprise entre 55°C et 45°C. Le moteur comprend un moyen de comparaison 38 du débit des gaz recirculés par rapport audit seuil de débit. Le moyen de comparaison 38 est relié à l'ordinateur de bord, lui indiquant si les chambres de combustion 2 émettent des gaz d'échappement. Le moyen de comparaison 38 est également relié au capteur d'état 21 de la vanne de recirculation 18. Ainsi, si la vanne de recirculation 18 est fermée, le moyen de comparaison peut émettre un signal indiquant que le débit des gaz de recirculation est nul, soit parce la vanne de recirculation 18 est fermée, soit parce que le moteur est arrêté. Dans une variante, l'ordinateur de bord peut également indiquer au moyen de comparaison 38 une estimation du débit des gaz d'échappement et/ou une estimation de la pression dans les collecteurs d'échappement 18 et d'admission 8. Dans une autre variante, le moyen de comparaison 38 est relié à un capteur de pression 22 des gaz recirculés. Ainsi, dans l'une ou l'autre des précédentes variantes, le moyen de comparaison 38 peut estimer le débit en cours dans le circuit de recirculation 14 et le comparer avec le seuil de débit 34a fourni par le moyen de détermination 34. Le moteur comprend un moyen de régulation 37 de la température du fluide caloporteur dans la branche auxiliaire 25. Le moyen de régulation 37 de la température comprend la pompe auxiliaire 30, le capteur de température 32, la partie auxiliaire 31 du radiateur 4 et l'unité de commande 33. Comme illustré en figure 2, le refroidisseur de recirculation 17 comprend des parois d'échange thermique 29 présentant une face 29a exposée au gaz de recirculation et une face 29b exposée au fluide caloporteur de la branche auxiliaire 25. La paroi d'échange thermique 29 refroidit les gaz d'échappement recirculés. Certains produits, tels que des huiles, en phase gazeuse dans les gaz d'échappement, se condensent sur la face 29a. Des particules en suspension dans les gaz d'échappement se déposent sur la face 29a. Les huiles condensées et les particules forment des dépôts de suie 39 sur la face 29a. On va maintenant décrire le procédé de décollement des dépôts 39 sur les parois d'échange thermique 29a du refroidisseur de recirculation 17. Un premier mode de réalisation du procédé de décollement des dépôts consiste à poursuivre le refroidissement du refroidisseur de recirculation 17 dès que le moteur à combustion interne est arrêté. L'unité de commande 33 continue d'actionner la pompe auxiliaire 30 et à réguler la température du fluide caloporteur circulant dans la branche auxiliaire 25 en dessous de la limite haute de température 36a. Dès que le moteur est arrêté, le débit des gaz d'échappement recirculés devient nul. Le moyen de comparaison 38 du débit des gaz recirculés par rapport au seuil de débit peut ignorer la position en cours de la vanne de recirculation 18 ainsi que le seuil de débit 34a, et émettre un signal interprété par l'unité de commande 33 comme un ordre que le moyen de régulation de température 37 poursuive la régulation de la température du fluide caloporteur de la branche auxiliaire 25 et que la pompe auxiliaire 30 continue d'alimenter le refroidisseur de recirculation 17 pendant la période de temps 35a. Après la période de temps 35a, il est inutile de poursuivre la circulation du fluide caloporteur dans la branche auxiliaire, car l'essentiel du choc thermique susceptible d'être produit par ce refroidissement a déjà eu lieu. Le fait que le refroidissement de la paroi d'échange 29 ne s'arrête pas en même temps que le moteur permet d'accélérer le refroidissement naturel du refroidisseur de recirculation 17. Les dépôts 39 de suie sur la face 29a de la paroi d'échange 29 se craquèlent sous l'effet de ce choc thermique. Lorsque le moteur redémarre, les dépôts 39 de particules fragilisées sont évacués vers les chambres de combustion 2 via le circuit d'admission 5. Les parties non brûlées de ces dépôts sont filtrées par le filtre à particules 13. On va maintenant décrire un autre mode de réalisation du procédé de décollement de dépôt en cours de fonctionnement du moteur. Des périodes de faible recirculation ont lieu par exemple lorsque le moteur est chaud et que la proportion de dioxyde d'azote produit dans les chambres de combustion 2 est naturellement réduite. On profite de ces périodes de faible recirculation pour décrasser le refroidisseur de recirculation. Dans une variante, la vanne de recirculation 40 est fermée. Le moyen de comparaison 38 émet un signal à l'unité de commande 33. La pompe auxiliaire 30 est ainsi actionnée et la paroi d'échange 29a est maintenue à une température inférieure à la limite haute de température. Ainsi, dès que les gaz d'échappement cessent d'échauffer les dépôts 39 de la paroi 29a, ceux-ci sont soumis à un choc thermique et se craquèlent. Dans une variante, dès que le débit de recirculation estimé est inférieur à un seuil de débit 34a non nul, l'unité de commande 33 poursuit l'actionnement de la pompe auxiliaire 30. Cela accélère le refroidissement des dépôts 39 qui se craquèlent. Dans une variante des modes de réalisations précédents, l'actionnement de la pompe auxiliaire 30 est différé par rapport à l'arrêt du moteur, et/ou par rapport à la fermeture de la vanne de reciculation 18, et/ou par rapport au passage du débit de recirculation en dessous du seuil de débit 34a. REVENDICATIONS1. Procédé de décollement de dépôts (39) sur des parois d'échange thermique (29) d'un refroidisseur (17) monté dans un circuit de recirculation (14) des gaz d'échappement prélevés en amont d'un turbocompresseur (3) d'un moteur à combustion interne, un fluide caloporteur circulant dans ledit refroidisseur de recirculation (17), dans lequel on régule la température du fluide caloporteur en dessous d'une limite haute de température (36a), caractérisé par le fait qu'on fait circuler le fluide caloporteur pendant une période de temps (35a) lorsque le débit des gaz dans le circuit de recirculation (14) est inférieur à un seuil de débit (34a) ou est interrompu. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on fait circuler le fluide caloporteur à une température inférieure à la limite haute de température (36a), immédiatement après que le débit de gaz dans le circuit de recirculation (14) soit devenu inférieur audit seul de débit (34a) ou a été interrompu. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on fait circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation (17) pendant le fonctionnement du moteur et pendant une partie des périodes de faible recirculation au cours desquelles le débit des gaz de recirculation est inférieur audit seuil de débit (34a). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on fait circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation (17) après l'arrêt du moteur. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la limite haute de température (36a) est inférieure à un seuil de sensiblement 60°C, et de préférence comprise entre 55°C et 45°C. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, utilisant un système de refroidissement (23) du moteur à combustion interne et du refroidisseur de recirculation (17), dans lequel la circulation du fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation (17) est indépendante de la circulation du fluide caloporteur à travers le bâti (1) du moteur. 7. Moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur (3) et d'un circuit de recirculation (14) des gaz d'échappement raccordé en amont du turbocompresseur (3), le circuit de recirculation (14) étant muni d'un refroidisseur de recirculation (17) apte à refroidir les gaz d'échappement recirculés; le moteur comprenant en outre un système de refroidissement (23) comprenant une branche auxiliaire (25) incluant le refroidisseur de recirculation (17) et une pompe auxiliaire (30) apte à faire circuler un fluide caloporteur dans le refroidisseur de recirculation (17), le système de refroidissement (23) comprenant un moyen de détermination (36) d'une limite haute de température (36a) et un moyen de régulation (37) de la température du fluide caloporteur en dessous de ladite limite haute (36a) ; caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détermination (34) d'un seuil de débit (34a), un moyen de comparaison (38) du débit des gaz d'échappement recirculés audit seuil de débit (34a), un moyen de détermination (35) d'une période de temps (35a) d'actionnement de la pompe auxiliaire (30) et une unité de commande (33) apte à actionner la pompe auxiliaire (30), pendant ladite période de temps (35a), en fonction d'un signal émis par le moyen de comparaison (38). 8. Moteur selon la revendication 7, dans lequel ladite branche auxiliaire (25) ne traverse pas le bâti (1) du moteur. 9. Moteur selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le système de refroidissement (23) comprend une pompe principale (26) apte à faire circuler du fluide caloporteur à travers le bâti (1) du moteur ; l'unité de commande (33) étant apte à commander la pompe principale (26) et la pompe auxiliaire (30), indépendamment l'une de l'autre. 10. Moteur selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel ladite pompe auxiliaire (30) est entraînée par un moteur électrique. 11. Moteur selon l'une des revendications 7 à 10, comprenant une vanne de recirculation (18) insérée le long du circuit de recirculation (14) des gaz d'échappement et comprenant un capteur d'état (21) de la vanne de recirculation (18).