Brevet FR3076866A1 — publié le 20190719

Description Titre de l'invention : Refroidisseur de gaz d'échappement et système de recirculation des gaz d'échappement avec un refroidisseur de gaz d'échappement [0001] L'invention concerne un refroidisseur de gaz d'échappement ainsi qu'un système de recirculation des gaz d'échappement avec au moins un tel refroidisseur de gaz d'échappement. [0002] Dans le domaine des moteurs à combustion, il est habituel de réintroduire les gaz d'échappement dans une certaine mesure du côté d'air frais, afin de diminuer la consommation de carburant et de réduire les émissions. Au moins dans certains états de fonctionnement, les gaz d'échappement remis en circulation doivent être refroidis. [0003] À cet égard, on sait par exemple par le document US 8 002 022 B2 qu'on peut faire passer les gaz d'échappement à travers de nombreux conduits d'échappement dont les arêtes avant sont reliées par brasage à des plaques de base et qui sont reçus dans un carter, de sorte qu'on peut produire entre le carter et les tuyaux d'échappement, et/ou entre les tuyaux d'échappement, un écoulement avec par exemple du réfrigérant liquide, en particulier du mélange eau/glycol. Ce faisant toutefois, le refroidisseur se réchauffe en particulier du côté d'entrée des gaz, ce qui a pour conséquence que ce refroidisseur présente ici une température nettement plus élevée que dans la suite de son étendue. Cela provoque une répartition de température non homogène dans le matériau du refroidisseur et donc des contraintes. En particulier des variations de température du gaz ainsi que du réfrigérant, qui apparaissent en raison du comportement de fonctionnement non stationnaire du moteur à combustion (par exemple démarrage à froid, alternance de charge, débit EGR, etc.) provoquent en présence d'épaisseurs de matériau différentes et donc de vitesses de variation de température différentes des manques d'homogénéité supplémentaires dans la répartition de température, qui conduisent aux contraintes décrites. [0004] De tels manques d'homogénéité apparaissent sous une forme particulièrement critique dans la région de l'admission de gaz, car les minces arêtes avant des tuyaux d'échappement rencontrent le flux massique de gaz d'échappement chauds non refroidis et, du fait de la minceur de paroi, la chaleur apportée ne peut être délivrée que lentement à l'eau de refroidissement. En second lieu, les tuyaux d'échappement sont ici habituellement reliés sur les côtés à un carter qui présente une épaisseur de paroi nettement plus grande et dont la température se modifie donc avec une plus grande inertie, et/ou les parois du carter ne sont pas directement exposées au flux massique de gaz d'échappement chauds. Dans de nombreux cas d'application, une bride à paroi 2 épaisse se trouve à l'extérieur du carter et aggrave encore la situation. Les tuyaux d'échappement échauffés dans la région d'admission se dilatent, et comme la température du carter et/ou de la bride ne s'est pas encore suffisamment modifiée pour produire une dilatation analogue, cette différence de dilatation provoque des contraintes. [0005] Les contraintes produisent une déformation plastique dans l'élément plus mince, les arêtes avant du tuyau d'échappement, qui sont comprimées et/ou s'ondulent. Lors du refroidissement, soit la tôle relativement mince se refroidit plus rapidement, soit tous les composants mentionnés se refroidissent certes simultanément, mais la tôle comprimée doit revenir dans sa position initiale et s'étirer, ce qui produit des contraintes de traction dans l'arête avant du tuyau d'échappement. Cet effort alterné et cette déformation plastique provoquent la défaillance du matériau du tuyau d'échappement. À cet égard, il faut prendre en compte le fait qu'un refroidisseur de gaz d'échappement doit résister pendant sa durée de vie plusieurs centaines de milliers de fois à l'effort alterné décrit. [0006] De plus, l'apport de chaleur accru décrit plus haut dans la région d'admission peut porter à ébullition le réfrigérant dans cette région. [0007] Dans ce contexte, l'invention a pour but de fournir un refroidisseur de gaz d'échappement durablement stable et en même temps économique. [0008] Ce but est atteint par un refroidisseur de gaz d'échappement avec au moins un conduit d'échappement qui est défini par au moins une paroi qui présente à l'admission au moins une arête sensiblement perpendiculaire à la direction d'écoulement, caractérisé par le fait qu'au moins une arête est recouverte par une coiffe qui définit un espace d'air en direction de l'arête. [0009] Au moins une arête d'au moins une paroi d'au moins un conduit d'échappement est donc recouverte à l'admission par une coiffe de telle sorte qu'un espace d'air ou lame d'air est défini en direction de l'arête, c'est-à-dire entre la coiffe et l'arête. L'espace d'air peut être réalisé extrêmement minime et ne doit pas nécessairement s'étendre sur toute la largeur et/ou la hauteur de l'arête décrite, lorsqu'on regarde le refroidisseur de gaz d'échappement dans la direction d'écoulement. L'important est en fait que l'arête, du fait de la coiffe selon l'invention, ne soit pas exposée sur toute son étendue au flux de gaz d'échappement chauds, ce qui provoquerait les problèmes décrits plus haut. La coiffe peut aussi être appelée recouvrement ou dispositif de déviation. Il convient de noter que le conduit d'échappement est également appelé dans la suite tuyau d'échappement. [0010] Du fait du recouvrement de l'arête, l'arête se réchauffe moins amplement, et les problèmes décrits peuvent être évités. En d'autres termes, l'arête ne se dilate pas aussi amplement qu'en l'absence de la coiffe selon l'invention, et le réfrigérant ne se 3 réchauffe lui aussi pas aussi amplement. On peut ainsi globalement augmenter la durée de vie d'un tel refroidisseur de gaz d'échappement. [0011] L'invention combine ainsi les avantages d'un refroidisseur de gaz d'échappement qui peut être amplement pourvu de nervures ou d'ailerons, à savoir un taux élevé de transmission de chaleur et une faible perte de pression, avec une protection des arêtes des tuyaux d'échappement à l'admission de gaz d'échappement. [0012] On va maintenant décrire des configurations supplémentaires préférées du re- froidisseur de gaz d'échappement selon l'invention. [0013] Afin de pouvoir tirer parti le plus amplement possible des avantages selon l'invention, il est prévu au moins une coiffe qui présente, dans au moins une direction perpendiculaire à la direction d'écoulement, une étendue maximale qui correspond à une largeur de la paroi du tuyau d'échappement et/ou à une distance entre deux tuyaux d'échappement, habituellement mesurée en direction verticale. Si les deux directions de développement sont réalisées de la manière décrite, l'arête est totalement recouverte ; il convient toutefois de noter que certaines régions de l'arête, en particulier dans la direction de la largeur, peuvent rester dégagées. [0014] Pour le montage de la coiffe selon l'invention, il s'est avéré avantageux que celle-ci puisse être emmanchée sur des parois voisines de deux conduits d'échappement. [0015] Afin que la perte de pression soit maintenue avantageusement faible, on préfère, pour l'extrémité tournée vers l'écoulement d'au moins une arête, que cette extrémité soit réalisée arrondie. [0016] Pour la même raison, au moins une coiffe présente au moins un biais et/ou un gradin dans son étendue dans la direction d'écoulement. [0017] Même si l'on peut utiliser pour la coiffe un matériau approprié quelconque, il est ac- tuellement préféré de réaliser au moins une coiffe en métal. Le métal est de préférence de l'acier ; en particulier, une tôle d'acier relativement mince est suffisante comme matériau. [0018] Pour la fixation sur de préférence deux parois voisines de conduits d'échappement, il est préféré qu'au moins une coiffe présente au moins une patte de fixation. [0019] On obtient une mise en place particulièrement solide par le fait qu'au moins une coiffe est brasée ou soudée sur, typiquement, deux parois voisines de conduits d'échappement. [0020] L'invention concerne aussi un système de recirculation des gaz d'échappement avec au moins un refroidisseur de gaz d'échappement selon l'invention. [0021] Il convient de noter que l'invention décrite ici peut être combinée avec toutes les ca- ractéristiques et les aspects qui sont décrits dans la demande de brevet allemand déposée le 22 septembre 2017 sous le numéro 102017216819.6 et avec comme titre « refroidisseur de gaz d'échappement et système de recirculation des gaz 4 d'échappement », au nom de la présente demanderesse. Des combinaisons de toutes les caractéristiques qui sont décrites ici et dans cette demande doivent donc être considérées comme une forme de réalisation de l'invention. [0022] On va décrire ci-après plus en détail une forme de réalisation de l'invention qui est représentée sur les figures, en référence à celles-ci parmi lesquelles : [0023] [fig.1] est une vue partielle en perspective d'un refroidisseur de gaz d'échappement selon l'invention ; et [0024] [fig.21 est une vue en coupe de la région d'admission du refroidisseur de gaz d'échappement selon l'invention. [0025] Comme on peut le distinguer sur la figure 1, le refroidisseur de gaz d'échappement 10 selon l'invention peut être monté par l'intermédiaire d'une bride prévue dans le cas représenté sur son admission 12 et il présente, dans la direction d'écoulement (vers le bas sur la figurel), de nombreux conduits ou tuyaux d'échappement 16 qui, en vue d'une meilleure transmission de chaleur, peuvent être remplis de nervures ou d'ailerons. Les tuyaux d'échappement 16 présentent habituellement une section constante dans la direction d'écoulement et sont définis par des parois qui présentent, à quelques millimètres ou centimètres de l'admission dans le cas de parois initialement voisines, des gradins 18 qui s'étendent en éloignement l'un de l'autre de telle sorte que sont définis des canaux d'écoulement 20 pour du réfrigérant. Les arêtes, se trouvant en haut sur la figure 1, des parois des tuyaux d'échappement sont donc dirigées dans la direction d'écoulement et deviennent particulièrement chaudes par suite des gaz d'échappement chauds qui affluent. Afin de protéger les arêtes décrites des parois, l'invention prévoit des coiffes 22, dont une seule est représentée sur la figure 1. On comprendra toutefois que d'autres arêtes peuvent présenter de préférence de telles coiffes 22 ou recouvrements. Sur la figure 1, on peut distinguer une patte de fixation 24 s'étendant depuis la coiffe 22 dans la direction d'écoulement, sachant que deux de ces pattes ou davantage peuvent être prévues sur chaque côté, à savoir à gauche et à droite sur la figure 1. On peut en outre distinguer sur la figure 1 que la coiffe 22 est réalisée symétrique par rapport à un plan qui contient la direction d'écoulement et l'arête à l'admission. [0026] Cela ressort d'une manière complémentaire de la figure 2. Ici, on peut à nouveau distinguer la symétrie par rapport à un plan qui contient la direction d'écoulement (de la droite vers la gauche sur la figure 2) et l'étendue de l'arête du tuyau d'échappement (perpendiculairement au plan du dessin sur la figure 2). On distingue en outre sur la figure 2 l'extrémité avant arrondie, dirigée dans la direction d'écoulement, du recouvrement 22. Sur environ la moitié de l'étendue du recouvrement dans la direction d'écoulement, cette extrémité est réalisée avec un léger biais, c'est-à-dire un angle aigu par rapport à la direction d'écoulement. Ce biais est suivi d'une portion qui est essentiellement parallèle à la direction d'écoulement. Un gradin est ensuite formé, et c'est par l'intermédiaire d'une nouvelle portion qui est réalisée environ parallèle à la direction d'écoulement que s'effectue la mise en place sur les parois de deux tuyaux d'échappement voisins qui définissent entre elles des canaux d'écoulement 20 pour du réfrigérant liquide. Un espace d'air, qui assure l'isolation thermique décrite, est formé à l'intérieur de la coiffe 22 et en direction de la paroi du tuyau d'échappement respectif. D'une manière avantageuse, la coiffe présente, le cas échéant à l'exception de pattes de fixation, un profil constant sur son étendue le long de l'arête du tuyau d'échappement, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du dessin sur la figure 2. [0027] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. 6 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81 [Revendication 91