Brevet FR2676781A1 — publié le 19921127

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le refroidissement de l'air de suralimentation des moteurs turbocompressés s'effectue habituellement par l'intermédiaire d'un échangeur air-air placé en façade devant le radiateur principal d'eau de refroidissement, ou au dessus du moteur, ou dans un passage de roue. Cependant, ces solutions connues ont pour inconvénient majeur soit d'entraîner des pertes de charge sur l'air d'admission du moteur, soit d'avoir une faible efficacité en refroidissement de l'air de suralimentation. On connait également un dispositif de refroidissement de l'air de suralimentation du genre représenté à la figure 1 Cette solution connue consiste à refroidir l'air de suralimentation au moyen d'un échangeur air-eau de faible perte de charge solidaire du moteur, l'eau de cet échangeur étant préalablement refroidie dans un échangeur spécifique dit "basse température", généralement constitué d'un serpentin permettant d'obtenir un faible débit mais une différence de températures importante. Comme représenté en figure 1, l'échangeur basse température 1 est intégré au radiateur principal 2 au-dessus de ce dernier Le radiateur 2 comprend, comme cela est connu en soi, un faisceau de tubes (non représenté) aux extrémités duquel sont montées deux boîtes à eau 3, 3 a L'entrée supérieure du serpentin de l'échangeur 1 est raccordée à une conduite 4 elle-même raccordée à la sortie de la culasse C du moteur La boîte à eau 3 du réservoir 2, séparé de l'échangeur 1 par sa paroi supérieure 2 a, est raccordée à sa partie supérieure à une conduite 5 elle-même raccordée à la culasse C La sortie inférieure du serpentin de l'échangeur 1 est raccordée par une conduite 6 à l'échangeur air-eau 7 constituant le refroidisseur d'air de suralimentation, dont l'arrivée et la sortie dans et de l'échangeur 7 sont symbolisées respectivement par les flèches a et b. L'échangeur 7 est ainsi placé entre le compresseur de l'ensemble turbocompresseur du moteur et le collecteur d'air d'admission du moteur La sortie de l'échangeur 7 est raccordée par une conduite 8 à une canalisation principale 9 conduisant l'eau refroidie sortant du radiateur 2 vers le moteur, la canalisation 9 étant raccordée à la boite à eau 3 a en bas de celle-ci La circulation de l'eau dans les conduites 4 et 5 est commandée par deux vannes thermostatiques indépendantes et 11 disposées respectivement dans les conduites 4 et au niveau de leurs entrées respectives La vanne 11 est réglée de façon à s'ouvrir au-dessus d'une température prédéterminée de l'eau chaude sortant de la culasse. Cette température prédéterminée est en générale supérieure à 800 C et peut être fixée par exemple à 880 C. La vanne 10 est réglée de façon à s'ouvrir à une température inférieure à la température d'ouverture de la vanne 11 La température d'ouverture de la vanne 10 est en générale inférieure d'au moins 50 C à la température d'ouverture de la vanne 11 Ainsi, la circulation de l'eau dans l'échangeur 1 et l'échangeur 6 est maximale même quand la vanne principale 11 n'est qu'entrouverte. Entre la température d'ouverture de la vanne 10 et la température d'ouverture de la vanne 11, l'eau ne circule que dans l'échangeur basse température 1 Ce dernier est donc chaud alors que le radiateur principal 2 est encore froid Or, de telles différences de températures sont insupportables car les dilatations différentielles résultantes sont trop importantes et occasionnent des dommages par rupture au radiateur principal 2. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus des dispositifs connus en proposant un dispositif de refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne permettant de réchauffer les tubes du radiateur principal les plus proches de l'échangeur basse température dès que ce dernier est alimenté en eau chaude. A cet effet, le dispositif de refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne d'un véhicule conforme à l'invention, du type comprenant un échangeur basse température intégré au radiateur principal du véhicule à la partie supérieure de celui-ci, un échangeur air-eau formant refroidisseur de l'air de suralimentation alimenté en eau refroidie par l'échangeur basse température, une première vanne thermostatique s'ouvrant à partir d'une première température prédéteminée de l'eau sortant du moteur pour alimenter celui-ci, au travers d'une canalisation principale raccordée en bas de la boîte à eau du radiateur principal, en eau refroidie par le radiateur principal et une seconde vanne thermostatique s'ouvrant à une seconde température prédéterminée inférieure à la première température pour assurer la circulation d'eau de refroidissement de l'air de suralimentation à travers l'échangeur aireau, est caractérisé en ce que la première vanne thermostatique est disposée dans la canalisation principale, la seconde vanne thermostatique est disposée dans la conduite de sortie de l'échangeur air-eau et une conduite d'amenée de l'eau provenant du moteur débouche dans le haut de la boîte à eau d'entrée du radiateur principal et l'eau provenant de la conduite d'amenée est envoyée à l'entrée basse de l'échangeur basse température, dont la sortie haute est raccordée à l'échangeur air-eau par une conduite de liaison, de sorte que lorsque la première vanne thermostatique est fermée et que la seconde vanne thermostatique s'ouvre, l'eau chaude provenant de la conduite d'amenée circule de bas en haut dans l'échangeur basse température et dans la partie supérieure du radiateur principal de façon que la partie supérieure du radiateur principal soit sensiblement à la même température que l'échangeur basse température. Selon un mode de réalisation, la conduite d'amenée débouche également directement dans l'entrée basse de l'échangeur basse température. Avantageusement, le dispositif comprend également une conduite supplémentaire de sortie du radiateur principal en haut de la boîte à eau de celui-ci et raccordée à la conduite de sortie de l'échangeur air-eau en amont de la seconde vanne thermostatique de façon que les bulles de gaz contenues dans le radiateur se concentrant en haut de celui-ci soient entraînées par la circulation d'eau lorsque la première vanne thermostatique est fermée et la seconde vanne thermostatique s'ouvre. Selon un autre mode de réalisation, l'entrée basse de l'échangeur basse température communique avec la partie haute de la boite à eau de sortie du radiateur. La canalisation principale comporte au niveau de sa partie de raccordement au radiateur un étranglement ou rétreint. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend une boîte de dégazage reliée à la conduite de sortie de l'échangeur air-eau en aval de la seconde vanne thermostatique et dont la sortie est raccordée à la canalisation principale précitée en aval de la première vanne thermostatique. La première température précitée est supérieure à 800 C et est de préférence d'environ 850 C tandis que la seconde température est inférieure d'au moins 50 C à la première température et est de préférence d'environ 800 C. Avantageusement, la seconde vanne thermostatique est commandée à partir de l'information de température d'eau de la culasse du moteur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un dispositif connu de refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur turbocompressé; la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif de refroidissement d'air de suralimentation conforme à l'invention; et la figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. En se reportant à la figure 2, le dispositif de refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur turbocompressé d'un véhicule automobile comprend un radiateur principal 12 comportant de façon classique un faisceau de tubes (non représenté) aux extrémités duquel sont montées deux boîtes à eau 13 et 13 a Un échangeur basse température 14 est intégré au radiateur principal 12 à la partie supérieure de ce dernier L'échangeur 14 est constitué d'un serpentin 15 permettant d'obtenir un faible débit d'eau et une différence de températures importante de façon à préalablement refroidir l'eau provenant de la culasse (non représentée) du moteur Le dispositif comprend de plus un échangeur air- eau 16 formant refroidisseur de l'air de suralimentation du moteur le traversant L'entrée et la sortie dans et de l'échangeur 16 sont symbolisées respectivement par les flèches a et b Une canalisation principale 17 est raccordée à la partie basse de la boîte à eau de sortie 13 a du radiateur principal 12 et alimente en eau refroidie le moteur par l'intermédiaire d'une pompe 18. La boîte à eau de sortie 13 a est séparée de l'échangeur 14 par une cloison 20 a. Selon l'invention, une conduite unique 19 est raccordée à la sortie de la culasse du moteur et débouche d'une part dans la boîte à eau d'entrée 13 du radiateur 12 en haut de celle-ci et d'autre part dans l'entrée basse 15 a du serpentin 15 de l'échangeur 14, la botte d'entrée 13 étant séparée de l'échangeur 14 par une paroi b L'extrémité haute ou supérieure de sortie 15 b du serpentin 15 est en communication de fluide avec l'entrée de l'échangeur air-eau 16 par l'intermédiaire d'une conduite de liaison 21 La sortie de l'échangeur air-eau 16 est raccordée à une conduite 22 dans laquelle est disposée une vanne thermostatique 23 qui reçoit une information de commande de son ouverture d'un capteur 24 déterminant la température de l'eau de la culasse du moteur La vanne thermostatique 23 est réglée de façon à s'ouvrir lorsque la température de l'eau atteint par exemple 800 C La conduite 22 est reliée à une boîte de dégazage 25, dont la conduite de sortie 26 est raccordée à la conduite principale 17 juste en amont de la pompe 18 de façon que l'eau circulant dans la conduite 22 soit renvoyée au moteur La canalisation 17 comporte une vanne thermostatique 27 en amont de la pompe 18 et qui reçoit une information sur la température de l'eau en sortie de la culasse du moteur pour la commande de son ouverture au moyen d'un conduit de dérivation 29 La commande de l'ouverture de la vanne thermostatique 27 peut être effectuée par tout autre moyen tel que par exemple un capteur de température de l'eau sortant de la culasse du moteur La vanne thermostatique 27 est réglée de façon à s'ouvrir au dessus d'une température prédéterminée de l'eau en général supérieure à 800 C et par exemple égale à environ 850 C. Le dispositif de refroidissement comprend également un conduit 28 raccordé d'une part à la partie supérieure de la botte à eau 13 a du radiateur 12 et d'autre part à la conduite de sortie 22 en amont de la vanne thermostatique 23. Le fonctionnement du dispositif de l'invention ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenant expliqué. Lorsque la vanne thermostatique 27 est fermée et que la vanne thermostatique 23 s'ouvre lorsque la température de l'eau dans le moteur atteint 800 C, l'eau chaude provenant de la culasse du moteur traverse la conduite 19 et circule à la fois dans le serpentin 15 de l'échangeur 14, de bas en haut, et dans le haut du radiateur 12, dont les tubes sont déjà remplis d'eau. L'eau refroidie sortant du serpentin 15 traverse l'échangeur air-eau 16 pour refroidir l'air de suralimentation et est renvoyée à l'entrée du moteur au travers de la conduite de sortie 22, de la soupape 23, du boîtier de dégazage 25 et de la conduite de sortie 26. L'eau circulant dans le haut du radiateur 12 sort à la partie supérieure de la boîte à eau 13 a et circule à travers la conduite 28 pour être renvoyée à l'entrée du moteur La circulation de l'eau dans le haut du radiateur 12 par l'intermédiaire de la conduite 28 permet aux bulles de gaz contenues dans le radiateur, ayant tendance à se concentrer en haut de celui-ci, d'être entraînées par la circulation d'eau établie Ceci a pour avantage d'éliminer les moyens de dégazage particuliers utilisés dans les dispositifs de refroidissement antérieurement connus. Dans la mesure o l'eau circulant dans les tubes inférieurs du serpentin 15 de l'échangeur 14 et dans les tubes supérieurs du réservoir principal 12 a sensiblement la même température, pratiquement aucune dilatation différentielle n'est produite de sorte que la longévité du radiateur 12 est préservée. Suivant le deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention représenté en figure 3, la conduite 19 est raccordée uniquement à la partie haute de la boîte à eau d'entrée 13 du radiateur 12 et l'entrée basse 15 a de l'échangeur basse température 14 communique avec la partie haute de la boite à eau de sortie 13 a du radiateur 12 Ainsi, toute l'eau de l'échangeur basse température 14 passe préalablement dans le haut du radiateur 12, ce qui permet de réchauffer le haut de celui-ci quand la vanne thermostatique 23 est ouverte mais que la vanne thermostatique 27 est fermée Ceci permet d'éviter de rajouter un dégazage du radiateur 12, le gaz contenu dans le radiateur 12 passant directement dans l' échangeur basse température 14 pour parvenir dans la boîte de dégazage 25 par l'intermédiaire de l'échangeur 16 Ce dispositif nécessite par contre de créer une perte de charge dans la sortie du radiateur 12 pour bénéficier de suffisament de pression pour obtenir un débit suffisant dans l'échangeur basse température 14 et l'échangeur 16 Selon ce dispositif, on bénéficie de la différence de pression P 2-P 4, o P 2 est la pression dans la boite de sortie 13 a et P 4 est la pression en aval de la vanne 27, pour pousser l'eau dans l'échangeur basse température 14 alors que selon le dispositif de la figure 2, c'est la différence de pression P 1-P 4 cu'il faut prendre en considération pour ce meme effet, Pl étant la pression dans la boite à eau d'entrée 13 du réservoir 12. En pratique, P 1-P 4 2 (P 2-P 4), d'o la nécessité de créer une perte de charge par un étranglement ou rétreint 30 de façon à augmenter P 2- P 4 La solution représentée en figure 3 conduit à une réduction du débit du radiateur 12 mais a l'avantage de la simplicité, puisque l'on supprime la durite 28 de la figure 2, et d'une meilleure irrigation de la partie haute du radiateur 12 quand la vanne 23 est ouverte et la vanne 27 fermée car la totalité du débit de l'échangeur basse température 14 passe par le haut du radiateur 12 (débit nettement supérieur au débit de dégazage de la solution représentée en figure 2), ce qui implique un gradient de température réduit et une meilleure fiabilité. REVENDICATIONS 1 Dispositif de refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, comprenant un échangeur basse température ( 14) intégré au radiateur principal ( 12) du véhicule à la partie supérieure de celui-ci, un échangeur air-eau ( 16) formant refroidisseur de l'air de suralimentation alimenté en eau refroidie par l'échangeur basse température ( 14), une première vanne thermostatique ( 27) s'ouvrant à partir d'une première température prédéterminée de l'eau sortant du moteur pour alimenter celui-ci, au travers d'une canalisation principale ( 17) raccordée en bas de la boîte à eau ( 13 a) du radiateur ( 12), en eau refroidie par le radiateur ( 12), et une seconde vanne thermostatique ( 23) s'ouvrant à une seconde température prédéterminée inférieure à la première température pour assurer la circulation d'eau de refroidissement de l'air de suralimentation à travers l'échangeur air-eau ( 16), caractérisé en ce que la première vanne thermostatique ( 27) est disposée dans la canalisation principale ( 17), la seconde vanne thermostatique ( 23) est disposée dans la conduite de sortie ( 22) de l'échangeur air-eau ( 16) et une conduite ( 19) d'amenée de l'eau provenant du moteur débouche dans le haut de la boîte à eau d'entrée ( 13) du radiateur principal ( 12) et l'eau provenant de la conduite ( 19) est envoyée à l'entrée basse ( 15 a) de l'échangeur basse température ( 14), dont la sortie haute ( 15 b) est raccordée à l'échangeur air-eau ( 16) par une conduite de liaison ( 21), de sorte que lorsque la première vanne thermostatique ( 27) est fermée et que la seconde vanne thermostatique ( 23) s'ouvre, l'eau chaude provenant de la conduite d'amenée ( 19) circule de bas en haut dans l'échangeur basse température ( 14) et dans la partie supérieure du radiateur principal ( 12) de façon que la partie supérieure du radiateur ( 12) soit sensiblement à la même température que l'échangeur basse température ( 14). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'amenée ( 19) débouche également directement dans l'entrée basse de l'échangeur basse température. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite supplémentaire de sortie ( 28) du radiateur principal ( 12) en haut de la boîte à eau ( 13 a) de celui-ci et raccordée à la conduite de sortie ( 22) de l'échangeur air-eau ( 16) en amont de la seconde vanne thermostatique ( 23) de façon que les bulles de gaz contenues dans le radiateur ( 12) se concentrant en haut de celui-ci soient entraînées par la circulation d'eau lorsque la première vanne thermostatique ( 27) est fermée et la seconde vanne thermostatique ( 23) s'ouvre. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée basse ( 15 a) de l'échangeur basse température communique avec la partie haute de la bolte à eau de sortie ( 13 a) du radiateur ( 12). Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que la canalisation principale ( 17) comporte au niveau de sa partie de raccordement au radiateur ( 12) un étranglement ou rétreint ( 30). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de dégazage ( 25) reliée à la conduite de sortie ( 22) de l'échangeur air-eau ( 16) en aval de la seconde vanne thermostatique ( 23) et dont la sortie est raccordée à la canalisation principale ( 17) en aval de la première vanne thermostatique ( 27). 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première température précitée est supérieure à 800 C, et est par exemple égale à environ 850 C tandis que la seconde il température précitée est inférieure d'au moins 5 C à la première température et est par exemple égale à environ 800 C. 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde vanne thermostatique ( 23) est commandée à partir de l'information de température d'eau dans le moteur.