Brevet FR2626314A1 — publié le 19890728

2626314, La présente invention concerne une installation de production de gaz sous pression dans un véhicule automobile, notamment d'air comprimé pour la suralimentation en air du moteur thermique. Habituellement, ce type d'installation comprend un moyen de compression tel que par exemple un compresseur volumétrique destiné à comprimer un gaz, ici l'air extérieur pour l'injecter dans l'admission du moteur thermique de façon à créer une suralimentation de celui-ci. Il a été constaté que, outre l'effet désiré de compression de l'air extérieur, il se produisait, lors de celle-ci, une élévation indésirable de température de l'air comprimé, élévation due essentiellement aux conditions de fonctionnement du moyen de compression. I1 a été proposé de remédier à cet inconvenient, notamment dans le brevet US 3.752.132 dans lequel l'air comprimé sortant d'un compresseur estrefroidi avant d'être injecté dans l'admission du moteur. Le refroidissement de l'air comprimé est réalisé par un premier échangeur de chaleur traversé d'une part par ledit air et, d'autre part, par un fluide de refroidissement circulant dans un circuit supplementaire autonome distinct du circuit de refroidissement du moteur et comprenant un second échangeur de chaleur apte ào sur-refroidir le fluide avant que celui-ci pénètre dans le premier échangeur de chaleur et une pompe de circulation faisant circuler ledit fluide dans ledit circuit supplémentaire. Dans cette disposition, les calories générées par l'élévation de température de l'air d'admission sont évacuées dans le circuit supplémentaire de refroidissement et rejetées ensuite dans l'air ambiant. La Demanderesse se propose d'utiliser le moyen de compression ainsi que l'effet indésirable produit par celui-ci pour des utilisations annexes, en employant, d'une part les calories générées par l'élévation de température de l'air comprimé et en tirant parti, d'autre part; du phénomène de compression. Pour cela, l'installation de gaz sous pression dans un véhicule automobile, en particulier d'air comprimé pour la suralimentation en air du moteur thermique, est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'échange thermique en relation avec l'air enxoyé dans l'habitacle du véhicule automobile. Selon une autre caractéristique, les moyens d'échange thermique comprennent un échangeur de chaleur récupérant les calories produites lors de la compression par un circuit auxiliaire pour les envoyer dans un circuit participant au chauffage de l'habitacle. Grâce à ces moyens, les calories, habituellement rejetées dans l'air ambiant, sont utilisées pour participer au chauffage de l'habitacle. Selon une autre caractéristique, le circuit participant au chauffage de l'habitacle étant constitué d'un circuit de refroidissement du moteur et d'un circuit de chauffage de l'habitacle, le circuit de chauffage est isolé du circuit de refroidissement grâce à une vanne. Cette vanne permet d'éviter de chauffer une grande masse thermique en autorisant l'envoi, des calories produites lors de la compression, soit uniquement dans le circuit de refroidissement du moteur pouvant être raccordé ensuite au circuit de chauffage, soit uniquement dans le circuit de chauffage. Selon une autre caractéristique, le circuit auxiliaire comporte une pompe. Grace à cette pompe, le fluide circule à une vitesse élevée dans le circuit auxiliaire et peut récupérer plus de calories dégagées par l'échangeur, afin de permettre de raccorder, après un laps de temps plus court, le fluide ainsi réchauffé au circuit de chauffage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'échange thermique comprennent un échangeur de chaleur pour le refroidissement du gaz sous pression et un circuit de détente dudit gaz, générant des frigories apte à être utilisées pour le refroidissement de l'habitacle. Ainsi, on utilise l'effet de compression-détente générant des frigories comme aide à la climatisation de l'habitacle. Selon une autre caractéristique, les frigories sont mélangées avec l'air de l'habitacle. Selon une autre caractéristique, les frigories sont envoyées dans un échangeur de climatisation. Grâce à cela, les frigories sont, soit mélangées avec l'air régnant dans l'habitacle pour refroidir celui-ci, soit échangées dans un échangeur de climatisation avec l'air provenant de l'extérieur pour refroidir celui-ci, et être ensuite dirigé dans l'habitacle. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de l'installation de gaz sous pression avec les moyens d'échange thermique; - la figure 2 est une vue schématique montrant une variante de détail de réalisation de l'installation de gaz sous pression; - la figure 3 est une autre vue schématique montrant une autre variante de détail de réalisation de l'installation de gaz sous pression. On se réfère à la figure I qui montre une installation de gaz sous pression 1, constituée d'un moyen de compression 2, par exemple un compresseur volumétrique propre à comprimer un gaz, ici de l'air extérieur, ledit moyen de compression étant entraîné par un moyen lié au moteur, ici un variateur de vitesse 3. L'air extérieur arrivant par le conduit 4 dans-le compresseur 2, est comprimé par celui-ci pour, à sa sortie, être dirigé par des conduits 22', 5 à l'admission du moteur 6 afin de créer dans celui-ci une suralimentation en air. Le moteur 6 est raccordé, usuellement, à un circuit principal constitué,. d'une manière connue en soi, dun circuit de refroidissement 7 d'un fluide traversant ledit moteur et apte à le refroidir, circuit constitué d'un échangeur de chaleur principal 8, de conduits 9, 10, 11, 12, 13 et 14, d'une vanne thermostatique 15 et d'une pompe 16 de circulation de fluide,et d'un circuit de chauffage 17 permettant de chauffer- l'habitacle du véhicule, circuit de chauffage comportant un échangeur de chaleur 18 et des conduits 19,20 raccordés au circuit de refroidissement 7. - Comme mieux visible sur la figure 1, l'installation 1 comprend des moyens d'échange thermique en relation avec l'air envoyé dans l'habitacle. Ces moyens comprennent un échangeur de chaleur 21, traversé d'une part par l'air comprimé sortant du compresseur 2 par le conduit 22-et, d'autre part, par un fluide provenant d'un circuit auxiliaire 23, constitué d'un échangeur 24 ou sur-refroidisseur, de conduits 25, 26 et 27, les conduits 25,27 étant raccordés au circuit principal. Le fonctionnement de l'installation est le suivant: L'air.extérieur est admis par le conduit 4 dans le compresseur 2, qui comprime celui-ci pour l'injecter à sa sortie dans l'échangeur 21. L'air comprimé est ensuite dirigé, à la sortie de l'échangeur 21, vers l'admission du moteur 6 par les conduits 22' et 5-de façon à le suralimentera L'air comprimé, traversant l'échangeur 21, porte des calories générées par le compresseur 2. Ces calories sont récupérées, par échange thermique, par le fluide circulant dans le circuit auxiliaire 23 et sont injectées dans le circuit principal par le conduit 27. Ainsi les calories injectées vont servir à augmenter la température du fluide circulant dans le circuit principal. Ledit fluide, de par sa circulation usuelle, va d'une part traverser l'échangeur de chaleur 18 en y libérant, par échange thermique avec l'air extérieur, les calories dans l'habitacle et va participer ainsi à l'augmentation du chauffage dudit habitacle- et, d'autre part, traverser si nécessaire, par la vanne 15, l'échangeur 8 pour y être refroidi de façon à éviter une élévation trop grande de la température du moteur 6. De même, pour éviter que le fluide circulant dans le circuit auxiliaire 23 n'atteigne une température trop élevée et ne puisse jouer son rôle d'échange thermique, celui-ci traverse l'échangeur ou sur-refroidisseur 24 de façon à abaisser sa température avant de pénétrer dans l'échangeur 21. Pour augmenter la quantité de calories par rapport au volume de fluide circulant dans le circuit principal, il peut être envisagé d'isoler le circuit de chauffage 17 par une vanne 28, disposée par exemple au raccordement des conduits 13, 20 et 27. Cette vanne 28 autorise l'envoi des calories, récupérées par le circuit auxiliaire 23, et cela par le conduit 27, soit uniquement dans le circuit de refroidissement 7 et le moteur 6 de façon à obtenir un volume de fluide à réchauffer moins important, il suffit ensuite de manoeuvrer ladite vanne dans une position telle que le fluide circulant dans le circuit de refroidissement et possédant une température suffisamment élevée puisse circuler en plus dans le circuit de chauffage 17, soit uniquement dans le circuit de chauffage 17, en communiquant les calories au fluide circulant dans ce circuit, ledit fluide est ensuite dirigé vers l'échangeur 6 de façon à participer ainsi à l'augmentation du chauffage de l'habitacle. Dans ce cas, il peut être envisagé d'écourter le temps au terme duquel la position de la vanne 28 est inversée. Ceci est réalisé par adjonctions dans le circuit auxiliaire 23, d'une pompe de circulation de fluide 29 accélérant la vitesse du fluide circulant dans ledit circuit auxiliaire et, de ce fait, diminuant l'intervalle de temps au bout duquel le fluide atteint la température souhaitée. De même, pour augmenter rapidement, à la sortie du compresseur 2, la quantité de calories portées par l'air comprimé, il est préférable d'injecter dans.celui-ci un air extérieur à une température plus élevée que l'air ambiant. Pour ce faire, comme visible aux figures 2 et 3, il est prévu, sur le conduit 22' de sortie d'air comprimé, une déviation d'air 30, constituée par un conduit 31, partant du conduit 22', avant l'intersection avec le conduit 5, et arrivant sur une vanne 32 dispcdsée-sur le conduit 4 d'admission d'air extérieur (figure 2). Ainsi, l'air comprimé étant à une température plus élevée que la température de l'air extérieur et circulant dans le conduit 22' est, d'une part.dirigè vers le conduit 5 et, d'autre part, dévié, en partie, vers le conduit 31 aboutissant à la vanne 32, autorisant partiellement l'admission d'air extérieur et son mélange avec l'air comprimé, pour être injecté dans l'admission du compresseur 2 pour y être à nouveau chauffé. Il1 peut être envisagé que le gaz comprimé soit dévié en totalité vers l'admission du compresseur (figure 3). Ceci est réalisé par la mise en place supplémentaire, sur le conduit 22' et à l'intersection du conduit 31 et 22' d'une vanne 33 en synchronisme avec la vanne 32, la vanne 32 et 33 étant reliée par un second circuit de dérivation 31' (figure 3). Ainsi, dans une premiere position des vannes 32,33, l'air extérieur est empêché de pénétrer dans le compresseur 2 par la vanne 32, mais l'air comprimé sortant de celui-ci dans le conduit 22' est totalement dévié, grâce à la vanne 33, dans le conduit 31 pour être injecté en totalité à l'admission du turbo-compresseur 2. Dans ce cas, l'air extérieur dans le conduit 4 est dévié par la même vanne 32 dans le conduit 31' débouchant dans la vanne 33 et permettant audit air extérieur de pouvoir circuler par la suite dans le conduit 5. En outre, comme visible à la figure 1, l'installation de gaz sous pression comprend un échangeur de chaleur 21 pour le refroidissement du gaz sous pression et un circuit de détente générant des frigories apte à être utilisé pour le refroidissement de l'habitacle. L'échangeur 21 fait partie du circuit auxiliaire 23 décrit ci-dessus dont le rôle de participation au chauffage de l'habitacle permet de plus le refroidissement de l'air comprimé et le circuit de détente comprend un détendeur 34 détendant l'air comprimé provenant du conduit 22' sortant de l'échangeur 21 en générant des frigories. Ces frigories sont, soit mélangées directement avec l'air régnant dans l'habitacle du véhicule automobile par - un conduit approprié pour refroidir l'air y circulant,' soit envoyées par un conduit 35 dans un échangeur de climatisation 36, du type air-air, propre à échanger les frigories le parcourant avec l'air extérieur le balayant pour refroidir ledit air extérieur. Dans ce cas, l'air détendu sortant de l'échangeur 36 est, soit évacué par un conduit 37 vers l'extérieur du véhicule, soit réinjecté dans l'admission du moteur 6, de façonà ce que celui-ci soit aliment' en air. Dans le cas o l'air est évacué directement vers l'extérieur du véhicule, il est prévu une admission en air extérieur-du moteur 6 constituée par un conduit 39 raccordé d'une part à l'admission du moteur et, d'autre part, au conduit 4. Pour éviter une alimentation en air extérieur alors que l'installation permet d'injecter de l'air comprimé dans le moteur 6, une vanne 40 est disposée à l'intersection du conduit 39 et du conduit 4. De plus il peut être envisagé de faire fonctionner l'installation en deux modes différents, soit en mode suralimentation du moteur 6, soit en mode climatisation de l'air régnant dans l'habitacle. Pour cela il est prévu sur le conduit 22' et à l'intersection avec le conduit 5, une vanne 41 permettant de diriger l'air comprimé soit vers le conduit 5, soit vers le détendeur 34. Cette vanne 41 peut Etre synchronisée avec la vanne 39 de façon à ce que de l'air extérieur soit admis dans. l'alimentation du moteur alors que l'air comprimé ne sert qu'à la climatisation de l'habitacle. Il ressort de l'installation décrite cidessus que les besoins en air comprimé varient en fonction des diverses utilisations. En effet, il est nécessaire d'avoir une quantité d'air comprimé suffisante pour pouvoir être utilisé, par exemple en même temps po.ur la suralimentation du moteur, la climatisation et/ou le chauffage, alors qu'il n'en faut qu'une quantité limitée pour, par exemple, la climatisation, le chauffage ou la suralimentation. Cette variation de production d'air comprimé est commandée par le variateur de vitesse 3 entraînant le compresseur 2. Ce variateur procure l'avantage de pouvoir, d'une part, faire tourner le compresseur à une vitesse suffisante même lorsque le moteur 6 est au ralenti et, d'autre part, moduler cette vitesse en fonction des- besoins de suralimentation et/ou des besoins d'échange thermique avec l'habitacle. REVENDICATIONS 1) Installation de production de gaz sous pression dans un véhicule automobile, notamment d'air comprimé pour la suralimentation en air du moteur thermique (6), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'échange thermique en relation avec l'air envoyé dans l'habitacle. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'échange thermique comprennent un échangeur de chaleur (21) récupérant les calories produites lors de la compression par un circuit auxiliaire (23) pour les envoyer dans un circuit participant au chauffage de l'habitacle. 3) Installation selon la revendication 1 ou2, caractérisée en ce que le circuit participant au chauffage de l'habitacle étant constitué d'un circuit de refroidissement (7) du moteur (6) et d'un circuit de chauffage (17) de l'habitacle, le circuit de chauffage (17) est isolé du circuit de refroidissement (7) grâce à une vanne (28). 4) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit auxiliaire (23) comporte une pompe (29). ) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le gaz sous pression est dévié à la sortie de l'échangeur de chaleur (21) en direction de l'admission (4) de l'installation. 6) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le gaz sous pression est dévié en partie en direction de l'admission (4) de 1'installation. 7) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'échange thermique comprennent un échangeur de chaleur (21) pour le refroidissement du gaz sous pression et un circuit de détente (34) dudit gaz, générant des frigories aptes à être utilisées pour le refroidissement de l'habitacle. 8) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les frigories sont mélangées avec l'air de l'habitacle. 9) Installation selon la revendication 7 ou 8,- caractérisée en ce que les frigories sont envoyées dans un échangeur de climatisation (36). ) Installation selon l'une des revendications 7, 8,. 9 ou 10, caractérisée en ce qu'il est prévu une vanne (41) à la sortie de l'échangeur de chaleur (21) permettant à l'installation de fonctionner, soit en suralimentation du moteur, soit en refroidissement de l'habitacle. 11) Installation selon l'une des revendications 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisée en ce qu'il est prévu une vanne (40), disposée à l'admission d'air extérieur de l'installation, autorisant une admission d'air extérieur au moteur (6). 12) Installation selon l'une des revendications 7, 8 ou 9, caractérisée an ce que les deux vannes (40,41). sont synchronisées l'une par rapport à l'autre. 13) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation comprend des moyens pour commander la production de gaz sous pression en fonction, d'une part, des besoins de suralimentation en air du moteur (6), et d'autre part des besoins d'échange thermique en realtion avec l'habitacle. 14) Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que les moyens pour commander la production d'air comprimé consiste en un variateur de vitesse (3) entraînant le compresseur (2).