Brevet FR2865004A1 — publié le 20050715

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE DE L'AIR D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE L'invention concerne un dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne destiné notamment à un véhicule automobile. Un tel dispositif est utilisé en particulier pour la régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur suralimenté au moyen d'un turbocompresseur et éventuellement raccordé à une ligne d'échappement munie d'un filtre à particules. Dans le cas d'un moteur suralimenté par un turbo-compresseur, l'air d'admission, réchauffé lors de sa compression, doit être refroidi avant d'entrer dans le moteur afin d'optimiser les performances de ce dernier et de réduire les émissions de polluant. Le turbo-compresseur, notamment le palier du turbo, doit alors être également refroidi. Par ailleurs, la présence d'un filtre à particules sur la ligne d'échappement du moteur nécessite une régénération périodique de ce dernier. A cet effet, la température de combustion du moteur est augmentée en chauffant l'air d'admission afin d'atteindre une température suffisante pour brûler les particules piégées dans le filtre. Actuellement, une solution consiste à utiliser pour le refroidissement deux échangeurs thermiques d'air d'admission du type air/air, et pour le réchauffage, un réchauffeur d'air indépendant. Le palier du turbo est alors refroidi au moyen du circuit d'eau classique et d'une pompe électrique. Toutefois cette solution nécessite de nombreux éléments et complique l'implantation et les réglages d'accord acoustique de l'admission d'air dans le moteur. Une autre solution consiste à utiliser un seul échangeur thermique air d'admission / liquide pour refroidir et réchauffer l'air d'admission, tel que décrit par exemple dans le document FR-2 811 376. L'entrée et la sortie de cet échangeur sont reliées au circuit principal de refroidissement du moteur, l'entrée étant raccordée au moyen d'une vanne. La sortie de l'échangeur est également raccordée à la vanne par une conduite qui comporte, montés en série, une pompe et un radiateur. La circulation du liquide dans cette conduite permet de refroidir l'air d'admission. Un tel dispositif permet de réduire le nombre de composants. Cependant, du fait de la disposition des différents éléments, le liquide du circuit de refroidissement du moteur circule 2865004 2 dans la conduite de refroidissement de l'air d'admission, de sorte qu'il existe une interaction entre la pompe utilisée dans le circuit de refroidissement du moteur et le débit dans la conduite de refroidissement. Une telle interaction peut provoquer une mauvaise circulation du liquide dans l'échangeur thermique air d'admission/liquide, et donc une mauvaise régulation de la température de l'air d'admission, de sorte que le fonctionnement du moteur n'est pas optimisé et que des pièces peuvent être détériorées. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne dans lequel l'échangeur thermique air d'admission/liquide est monté dans un circuit secondaire raccordé au circuit principal, mais dont la cinématique de circulation de liquide est indépendante du circuit principal. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ledit dispositif comprenant un circuit principal de refroidissement du moteur raccordé à un circuit secondaire de refroidissement et/ou de réchauffement de l'air d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'un même liquide est utilisé dans les circuits principal et secondaire et en ce que ledit circuit secondaire est raccordé audit circuit principal de manière à. ce que le débit de liquide dans le circuit secondaire soit indépendant du débit de liquide dans le circuit principal. De préférence, le circuit secondaire est rempli en liquide et dégazé par l'intermédiaire du circuit principal. Un seul vase d'expansion et de remplissage est ainsi nécessaire. Avantageusement, le circuit secondaire comprend au moins un échangeur thermique air d'admission / liquide pour le refroidissement et/ou le réchauffage de l'air d'admission du moteur et/ou au moins un échangeur thermique air extérieur/liquide. De préférence, un seul échangeur est utilisé afin de réduire le nombre d'organes du dispositif. Avantageusement, le circuit secondaire comprend un dispositif de répartition lui permettant de prélever du liquide du circuit principal et/ ou de fonctionner en circuit fermé. Avantageusement, le circuit secondaire comprend au moins une pompe pour contrôler son débit. 2865004 3 Avantageusement, lorsque le moteur comprend un turbo compresseur et/ou une recirculation des gaz d'échappement, un troisième circuit est raccordé au circuit secondaire pour le refroidissement du turbo compresseur et/ ou des gaz de recirculation. Par rapport aux systèmes existant, ce dispositif permet de refroidir plus rapidement le turbo ou les gaz d'échappement en utilisant un liquide présentant une température moins élevée, notamment lorsque le circuit secondaire fonctionne en mode refroidissement, la température du liquide étant alors inférieure à la température du liquide du circuit de refroidissement du moteur habituellement utilisé à cet effet. Dans un mode de réalisation, le circuit secondaire est raccordé au circuit principal au moyen de deux conduites débouchant en des points du circuit principal qui sont suffisamment proches l'un de l'autre pour être sensiblement à la même pression. Ainsi, aucun débit ne sera induit dans le circuit secondaire, qui peut fonctionner indépendamment du circuit principal. Avantageusement, une des conduites, dite conduite d'amenée de liquide, est raccordée au circuit secondaire par un dispositif de répartition et l'autre conduite, dite conduite d'évacuation, est raccordée au circuit secondaire par un dispositif de dégazage, ladite conduite d'amenée étant raccordée au circuit principal en amont de la conduite d'évacuation par rapport au sens de circulation du liquide dans le circuit principal. Avantageusement, le circuit secondaire comprend une pompe et un échangeur thermique air d'admission / liquide montés en série entre le dispositif de répartition et le dispositif de dégazage, en aval du dispositif de répartition. Avantageusement, le circuit secondaire comprend un ou plusieurs échangeurs air extérieur / liquide montés en série entre le dispositif de dégazage et le dispositif de distribution, en aval du dispositif de dégazage. Avantageusement, lorsque le moteur comprend un turbo-compresseur, un troisième circuit de refroidissement du turbo-compresseur est raccordé en dérivation au circuit secondaire entre l'échangeur air d'admission / liquide et le dispositif de dégazage. Avantageusement, lorsque le moteur comporte une recirculation des gaz d'échappement, un quatrième circuit de refroidissement des gaz 2865004 4 d'échappement est raccordé en dérivation au circuit secondaire entre l'échangeur air d'admission / liquide et le dispositif de dégazage. Avantageusement, le dispositif de répartition est une vanne trois voies et/ou le dispositif de dégazage comprend un vortex. L'utilisation d'un vortex permet de séparer l'air du liquide de sorte que seul l'air est évacué par la conduite d'évacuation et par le circuit principal lorsque le circuit secondaire fonctionne en circuit fermé. L'invention est maintenant décrite en référence au dessin annexé, non limitatif, dans lequel l'unique figure représente un schéma de principe d'un dispositif de régulation selon l'invention. Sur la figure, les flèches représentent le sens d'écoulement du liquide. Dans la description, les termes aval et amont font référence au sens d'écoulement du liquide dans le dispositif de régulation. Le dispositif de régulation thermique comprend un circuit principal 1 de refroidissement du moteur et un circuit secondaire 2 destiné au refroidissement et au réchauffage d'un circuit d'admission d'air du moteur (non représenté). Le circuit principal 1 traverse le moteur 3 et un échangeur thermique air extérieur / liquide, ou radiateur basse température 4, disposé derrière la face avant 8 du véhicule. Un thermostat 5, placé en sortie du moteur 3 permet de contrôler le débit de liquide circulant dans le radiateur 4 en fonction de la température du liquide sortant du moteur. Lorsque le débit de liquide dirigé vers le radiateur 4 est nul, le liquide sortant du moteur est renvoyé à l'entrée du moteur par un circuit 6, dit circuit permanent. Le circuit principal 1 est rempli de liquide et dégazé au moyen d'un vase d'expansion 7, par exemple raccordé au niveau du moteur 3. Une pompe, non représentée, permet de faire circuler le liquide dans le circuit principal 1. Cette pompe est par exemple raccordée de manière connue à proximité du moteur 3. De manière connue, d'autres organes du véhicule peuvent bien entendu être raccordés au circuit principal 1, tels que par exemple un refroidisseur d'huile moteur, un refroidisseur de l'alternateur, un refroidisseur d'huile de boîte de vitesse automatique, etc. Pour plus de clarté, ces éléments ont été omis. Le circuit secondaire 2 comprend deux échangeurs thermiques air extérieur / liquide, ou radiateurs basse température 10, disposés de 2865004 5 préférence à l'avant 8 du véhicule, par exemple de part et d'autre du radiateur 4. Le circuit secondaire 2 comprend également, montés en série successivement d'amont en aval, un dispositif de répartition du liquide 11, une pompe électrique 12, un échangeur thermique air d'admission du moteur / liquide 13 et un dispositif de dégazage 14. Les deux radiateurs 10 sont raccordés en série entre le dispositif de dégazage 14 et le dispositif de répartition 11, en aval du dispositif de dégazage 14. Le circuit secondaire 2 est raccordé au circuit principal 1 au moyen d'une conduite d'amenée 15 par l'intermédiaire du dispositif de répartition 11, et d'une conduite d'évacuation 16 au moyen du dispositif de dégazage 14. Le dispositif de répartition 11 est une vanne trois voies dont une entrée 111 est reliée à la sortie d'un radiateur 10, une autre entrée 112 est reliée à la conduite d'amenée 15 et dont la sortie 113 est reliée à la pompe électrique 12. Le dispositif de dégazage 14 est un bocal à vortex dont l'entrée 141 est raccordée à la sortie de l'échangeur thermique 13 et dont une sortie 142 est raccordée à l'entrée d'un des radiateurs 10 et une autre sortie 143 est raccordée à la conduite d'évacuation 16. Les conduites d'amenée 15 et d'évacuation 16 sont raccordées sur un même tuyau du circuit principal 1 en deux points A et E respectivement, suffisamment proches l'un de l'autre pour être sensiblement à la même pression dans le circuit principal 1. De préférence, ces points de raccordement A et E sont placés sur le circuit permanent 6 du circuit principal, dans lequel le liquide est en circulation même lorsque le thermostat 5 coupe la circulation du liquide vers le radiateur 4. On décrit maintenant le fonctionnement du dispositif de régulation. Dans un premier mode de fonctionnement, le dispositif de régulation thermique est utilisé pour refroidir l'air d'admission du moteur. A cet effet, l'entrée 111 de la vanne 11 et sa sortie 113 sont ouvertes, l'entrée 112 étant fermée. Le liquide circule alors dans le circuit secondaire 2 sous l'action de la pompe électrique 12 et suit le chemin suivant. Le liquide est refroidi par passage dans les radiateurs 2865004 6 10, puis amené dans l'échangeur thermique 13 dans lequel il refroidit l'air d'admission du moteur 3, ensuite, il est ramené vers les radiateurs 10 pour être refroidi à nouveau après passage par le vortex 14. La circulation du liquide dans le vortex permet un dégazage en permanence, l'air séparé du liquide étant évacué par la conduite d'évacuation 16 et le circuit principal 1. Dans ce mode de fonctionnement, les circuits principal et secondaire fonctionnent indépendamment l'un de l'autre sans aucune interaction. Dans un deuxième mode de fonctionnement, le dispositif de régulation thermique permet de réchauffer l'air d'admission du moteur 3. A cet effet, l'entrée 111 de la vanne 11 est fermée, l'entrée 112, en communication avec la conduite d'amenée 15, et la sortie 113 étant ouvertes. Sous l'action de la pompe électrique 12, une partie du liquide circulant dans le circuit principal 1 est prélevée au niveau du point de raccordement A. Du liquide chaud, à la température de fonctionnement du moteur, est ainsi introduit dans le circuit secondaire par la conduite 15 et la vanne 11. Le liquide chaud est ensuite amené dans l'échangeur thermique 13, dans lequel il réchauffe l'air d'admission du moteur, puis renvoyé dans le circuit principal 1 par le vortex 14 et la conduite 16. Les points de raccordement A et E étant suffisamment proches, ils sont sensiblement à la même pression de sorte que le débit de liquide circulant dans le circuit secondaire à travers l'échangeur thermique 13 est contrôlé uniquement par la pompe électrique 12. On peut ainsi établir dans le circuit secondaire un débit stable, indépendant du débit dans le circuit principal 1, lequel varie fortement en fonction du régime du moteur. Quant au débit de liquide dans le circuit principal 1, il n'est quasiment pas affecté par le fonctionnement de la pompe électrique 12, dont la puissance est nettement inférieure à celle des pompes habituellement utilisées dans les circuits de refroidissement de moteur tels que le circuit principal 1. Afin d'éviter que le liquide évacué par la conduite 16 au niveau du point de raccordement E ne soit aspiré de nouveau dans la conduite 15, les points A et E sont de préférence légèrement distants. Par exemple, les points A et E sont distants d'environ 50 mm. En raison de la position proche des points A et E, lorsque la pompe électrique 12 ne fonctionne pas, le circuit principal 1 n'est pas 2865004 7 perturbé par le circuit secondaire 2. Une très faible circulation de liquide peut alors être observée et tolérée dans le circuit secondaire. On remarquera que la pression du circuit secondaire 2 est référée à celle qui existe au niveau du point de raccordement A du circuit principal: elle dépendra donc de la pression du circuit principal, alors que le débit dans le circuit secondaire est indépendant de celui du circuit principal lorsque la pompe électrique 12 fonctionne. En variante, le circuit secondaire peut également être utilisé pour refroidir un turbo-compresseur, et éventuellement des gaz d'échappement de recirculation (EGR). A cet effet, un troisième circuit 17, représenté en pointillés sur la figure, est monté en dérivation sur le circuit secondaire 2, entre la sortie de l'échangeur thermique 13 et l'entrée du vortex 141. Ce troisième circuit 17 traverse un refroidisseur du palier du turbo 18 du turbo compresseur. Le cas échéant, un quatrième circuit 19 peut être monté en parallèle au refroidisseur 18, et traverser un refroidisseur des gaz EGR 20. Un ajutage 21 placé sur le circuit secondaire entre l'entrée et la sortie du troisième circuit 17 permet de créer une différence de pression entre lesdites entrée et sortie et de générer ainsi un débit dans le troisième circuit (et donc également dans le quatrième circuit) suffisant pour assurer le refroidissement du palier du turbo et/ ou des gaz EGR. Bien entendu, on pourrait prévoir un seul circuit supplémentaire destiné uniquement au refroidissement des gaz EGR. Dans le premier mode de fonctionnement du circuit secondaire, le palier du turbo et les gaz EGR sont alors refroidis par le liquide refroidi par les radiateurs 4 et mis en circulation par la pompe 12. Un refroidissement efficace peut ainsi être obtenu. Par ailleurs, le palier du turbo peut être refroidi même si le moteur est arrêté, le fonctionnement de la pompe 12 pouvant être indépendant du fonctionnement du moteur. Dans le second mode de fonctionnement du circuit secondaire, le palier du turbo et les gaz EGR sont refroidis par le liquide après le passage de ce dernier dans l'échangeur thermique 13. Le liquide est alors à une température inférieure à la température du liquide circulant dans le moteur. Ainsi, dans tous les cas, un refroidissement efficace du palier turbo et/ou des gaz EGR peut être obtenu. Par ailleurs, il n'est pas 2865004 8 nécessaire de rajouter une pompe électrique pour le refroidissement du palier turbo, ce qui permet une simplification du circuit. Dans l'exemple, le circuit secondaire 2 est raccordé au circuit 6 permanent du circuit primaire, dans lequel le liquide est toujours en circulation lorsque le moteur fonctionne, et ce, quelque soit le régime du moteur. Toutefois, on pourrait envisager de raccorder le circuit secondaire à la partie du circuit principal contrôlée par le thermostat 5. Mais le liquide du circuit principal ne serait alors pas en circulation pour certains régimes moteurs, notamment lorsque le thermostat n'alimente pas le radiateur 4, limitant alors l'utilisation du deuxième mode de fonctionnement du circuit secondaire 2. Le même liquide est utilisé dans les circuits principal et secondaire, le remplissage et le dégazage du circuit secondaire étant effectué par le vase d'expansion 7 du circuit principal. Ce liquide est semblable aux liquides utilisés dans les circuits de refroidissement moteur habituels (par exemple de l'eau). Le dispositif de régulation selon l'invention a l'avantage de présenter une faible inertie thermique permettant d'améliorer la réactivité des fonctions de réchauffage et de refroidissement du circuit secondaire. Par ailleurs, l'utilisation d'un échangeur thermique air d'admission / liquide à la place de deux échangeurs thermiques air d'admission / air permet de réduire la perte de charge au niveau du circuit d'admission d'air du moteur, de réduire les volumes nécessaires, et de faciliter l'accord acoustique de remplissage d'air d'admission dans les cylindres du moteur. 2865004 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ledit dispositif comprenant un circuit principal de refroidissement du moteur (1) raccordé à un circuit secondaire (2) de refroidissement et/ou de réchauffement de l'air d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'un même liquide est utilisé dans les circuits principal et secondaire et en ce que ledit circuit secondaire est raccordé audit circuit principal de manière à ce que le débit de liquide dans le circuit secondaire soit indépendant du débit de liquide dans le circuit principal. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) est rempli en liquide et dégazé par l'intermédiaire du circuit principal. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) comprend au moins un échangeur thermique air d'admission / liquide (13) pour le refroidissement et/ou le réchauffage de l'air d'admission du moteur et/ou au moins un échangeur thermique air extérieur/liquide (10). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) comprend un dispositif de répartition (11) lui permettant de prélever du liquide du circuit principal et/ou de fonctionner en circuit fermé. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) comprend au moins une pompe (12) pour contrôler son débit. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, ledit moteur comprenant un turbo compresseur et/ou une recirculation des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'un troisième circuit (17, 19) est raccordé au circuit secondaire pour le refroidissement du turbo compresseur et/ou des gaz de recirculation. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) est raccordé au circuit principal au moyen de deux conduites (15, 16) débouchant en deux points (A, E) du circuit principal qui sont suffisamment proches l'un de l'autre pour être sensiblement à la même pression. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une des conduites, dite conduite d'amenée de liquide (15), est raccordée au 2865004 10 circuit secondaire par un dispositif de répartition (11) et l'autre conduite, dite conduite d'évacuation (16), est raccordée au circuit secondaire par un dispositif de dégazage (14), ladite conduite d'amenée étant raccordée au circuit principal en amont de la conduite d'évacuation par rapport au sens de circulation du liquide dans le circuit principal. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) comprend une pompe (12) et un échangeur thermique air d'admission / liquide (13) montés en série entre le dispositif de répartition (11) et le dispositif de dégazage (14), en aval du dispositif de répartition. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le circuit secondaire comprend un ou plusieurs échangeurs air extérieur / liquide (10) montés en série entre le dispositif de dégazage (14) et le dispositif de répartition (11), en aval du dispositif de dégazage (14). 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10 lorsqu'elle dépend de la revendication 9, le moteur comprenant un turbo-compresseur, caractérisé en ce qu'un troisième circuit de refroidissement (17) du turbo- compresseur est raccordé en dérivation au circuit secondaire (2) entre l'échangeur air d'admission / liquide (13) et le dispositif de dégazage (14). 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10 ou 11 lorsqu'elles dépendent de la revendication 9, le moteur comportant une recirculation des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'un quatrième circuit (19) de refroidissement des gaz d'échappement est raccordé en dérivation au circuit secondaire (2) entre l'échangeur air d'admission / liquide (13) et le dispositif de dégazage (14). 13. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 8 à 12, caractérisé en ce que le dispositif de répartition (11) est une vanne trois voies et/ou le dispositif de dégazage (14) comprend un vortex.