Brevet FR2890699A1 — publié le 20070316

Module d'échange de chaleur pour la régulation de la température des gaz admis dans un moteur thermique de véhicule à bancs de cylindres en V L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur pour refroidir ou réchauffer les gaz admis dans les chambres de combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur pour la régulation en température d'un mélange d'air d'admission et de gaz d'échappement recirculés admis dans un moteur thermique à deux bancs de cylindres en V, comprenant une chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation et une chambre d'entrée pour des gaz recirculés. Les moteurs thermiques turbo-compressés, en particulier les moteurs diesel ou à essence, sont alimentés par un air sous pression appelé air de suralimentation , provenant d'un turbo-compresseur alimenté par les gaz d'échappement du moteur. Il est nécessaire de refroidir cet air avant son admission dans le moteur. On utilise pour cela, de manière classique, un refroidisseur appelé refroidisseur d'air de suralimentation ou plus généralement refroidisseur d'air d'alimentation. Par ailleurs, il est connu de recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission du moteur pour qu'ils soient plus complètement brûlés. Mais, comme ces gaz sont à température maximale très élevée (400 C à 900 C), il est connu de les refroidir en les faisant circuler dans un autre échangeur alimenté par un liquide de refroidissement. 1l existe diverses architectures pour de tels modules d'échange de chaleur, mais elles occupent généralement beaucoup d'espace, ce qui gêne la conception du véhicule. Ce problème se pose en particulier pour les moteurs thermiques à bancs de cylindres en V du fait de leur encombrement important, notamment dans une direction transversale à l'axe des bancs de cylindres, c'est à dire l'axe de rotation du moteur. L'invention vise à améliorer la situation. A cet effet, elle propose un module d'échange de chaleur pour la régulation en température d'un mélange d'air d'admission et de gaz d'échappement recirculés admis dans un moteur thermique à deux bancs de cylindres en V, comprenant une chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation et une chambre d'entrée pour des gaz recirculés. Selon l'invention, les chambres d'entrée sont réalisées sous la forme de deux conduits sensiblement parallèles adjacents propres à être logés entre les bancs de cylindres, et, de part et d'autre de la chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation et de la chambre d'entrée pour des gaz recirculés, le module comporte respectivement un refroidisseur d'air de suralimentation et un refroidisseur de gaz recirculés, ainsi qu'une chambre de sortie commune à laquelle sont reliés lesdits refroidisseurs, ladite chambre de sortie étant réalisée sous la forme d'un conduit sensiblement parallèle aux conduits des chambres d'entrée, les chambres de sortie étant prévues chacune pour alimenter les cylindres d'un banc respectif du moteur par un mélange d'air suralimenté et de gaz recirculés. Un tel module d'échange de chaleur, placé entre les bancs de cylindres, permet d'économiser une place extrêmement importante qui peut alors être dédiée à des éléments de sécurité, de conception esthétique, ou encore pour intégrer d'autres composants fonctionnels dans le compartiment moteur. Avantageusement, le parcours de refroidissement de l'air de suralimentation et des gaz recirculés est sensiblement transverse à une direction longitudinale desdits conduits. Dans un mode de réalisation, la chambre d'entrée pour l'air de suralimentation et la chambre d'entrée pour les gaz recirculés sont réalisées avec un seul conduit comportant une cloison séparant les deux chambres. Dans un autre mode de réalisation le refroidisseur d'air de suralimentation et le refroidisseur de gaz recirculés sont réalisés sous la forme d'un faisceau d'échange de chaleur séparé en deux zones par une cloison. Ces modes de réalisation permettent de réaliser un module d'échange de chaleur compact et peu onéreux. Dans un mode de réalisation en variante, le refroidisseur d'air de suralimentation et le refroidisseur de gaz recirculés sont réalisés sous la forme de deux faisceaux d'échange de chaleur distincts. Le module d'échange de chaleur peut comporter des moyens de réglage de débit d'air de suralimentation, ainsi que des moyens de répartition d'air de suralimentation, et deux dérivations de contournement reliant les moyens de répartition d'air de suralimentation aux chambres de sortie. Les moyens de répartition d'air de suralimentation peuvent comporter deux vannes de répartition, chacune reliée par une desdites dérivation de contournement à une chambre de sortie. Le module peut comporter des moyens de réglage de débit de gaz recirculés, ainsi que des moyens de répartition de gaz recirculés, et deux dérivations de contournement reliant les moyens de répartition de gaz recirculés aux chambres de sortie. Les moyens de répartition de gaz recirculés peuvent comporter deux vannes de répartition, chacune reliée par une desdites dérivation de contournement à une chambre de sortie. Dans un mode de réalisation, les moyens de réglage de débit de gaz recirculés et les moyens de répartition de gaz recirculés sont réalisés sous la forme d'une seule vanne. Ces modes de réalisation permettent de contrôler avec précision le débit d'air de suralimentation et sa température en sortie du module d'échange de chaleur. Le module peut également comporter une résistance de chauffage disposée dans chaque chambre de sortie, ce qui permet de mieux maîtriser le cycle de démarrage du moteur. 2890699 5 L'invention concerne également un moteur thermique à deux bancs de cylindres en V, qui comporte un module d'échange de chaleur tel que décrit plus haut logé entre les bancs de cylindres, les chambres de sortie alimentant chacune les cylindres d'un banc respectif par un mélange d'air suralimenté et de gaz recirculés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels: - la figure 1 montre une vue en perspective partiellement arrachée d'un moteur thermique à bancs de cylindres en V comprenant un module d'échange de chaleur selon l'invention; - la figure 2 montre une vue sensiblement de face et en perspective partiellement arrachée d'une variante de la 20 figure 1; et la figure 3 montre une vue schématique d'une autre variante de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective partiellement arrachée d'un moteur thermique 2 à deux bancs 4 de cylindres 6 en V. Par "V", on entend le fait que les bancs 4 s'étendent selon une direction longitudinale du moteur et forment un angle l'un avec l'autre, ce qui donne une forme générale en V pour le moteur. Il peut s'agir, par exemple, d'un moteur du type V6 ou V8. 2890699 6 Un module d'échange de chaleur 8 selon l'invention est logé entre les branches du V, c'est-à-dire entre les bancs 4. Ce module d'échange de chaleur 8 comporte une chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation 10, une chambre d'entrée pour des gaz recirculés 12, deux paires de refroidisseurs 14 et 16 de part et d'autre des chambres d'entrée 10 et 12, et deux chambres de sortie 18 entre chaque paire de refroidisseurs et les parois de chaque banc 4. La chambre d'entrée 10 pour l'air de suralimentation est ici réalisée sous la forme d'un conduit qui s'étend le long de la direction longitudinale du moteur 2, sensiblement centré sur le milieu des branches du V, c'est à dire sensiblement parallèle à l'axe de rotation (non représenté) du moteur 2. Ce conduit est défini longitudinalement par une paroi supérieure 20 et une paroi inférieure 22, et latéralement de chaque côté par les faces respectives des refroidisseurs 14. La paroi 20 est un profilé de section trapézoïdale auquel on a retiré sa grande base. La paroi 22 est une plaque plane parallèle à la partie de la paroi 20 correspondant à la petite base de sa section. Dans le mode de réalisation décrit, la chambre d'entrée pour des gaz recirculés 12 est réalisée sous la forme d'un conduit parallèle et adjacent à celui qui forme la chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation 10. Ce conduit est défini longitudinalement par la paroi 22 et une paroi 24 qui est parallèle à la paroi 22, et latéralement de chaque côté par les faces respectives des refroidisseurs 16. Dans l'exemple ici décrit, une paroi 26 sépare la chambre d'entrée 12 pour les gaz recirculés en deux chambres respectivement 12a et 12b. La chambre d'entrée 10 de l'air de suralimentation pourra elle aussi être séparée en deux chambres 10a, 10b par ladite cloison 26. Dans l'exemple décrit, la paroi 22 joue ainsi un rôle de cloison. En effet, dans un conduit défini par la paroi 20, la paroi 24 et les parois latérales des refroidisseurs 14 et 16, cette cloison permet de définir deux conduits adjacents et parallèles s'étendant selon la direction longitudinale pour former les chambres d'entrée 10 et 12. Les refroidisseurs 14 et 16 sont dans l'exemple ici décrit réalisés sous la forme d'un faisceau d'échange de chaleur 28 unique, séparé en deux par une cloison 30 au niveau de la cloison 22. Le faisceau 28 peut être réalisé de manière classique par empilement de plaques ou d'ailettes ou d'autres manières connues de l'homme du métier. La cloison 30 permet de définir deux parcours séparés pour les fluides de refroidissement traversant le refroidisseur 14 d'une part et le refroidisseur 16 d'autre part, afin de refroidir séparément l'air de suralimentation issu de la chambre d'entrée pour de l'air de suralimentation 10 d'une part, et les gaz recirculés issus de la chambre d'entrée pour des gaz recirculés 12 d'autre part. La chambre de sortie 18 est réalisée sous la forme d'un conduit qui s'étend le long des bancs 4 selon la direction longitudinale. Ce conduit est délimité longitudinalement par un prolongement 32 de la paroi 20 et un prolongement 34 de la paroi 24 et latéralement par les faces des refroidisseurs 14 et 16 d'une part et des parois de tubulures 36 d'admission pour les cylindres 6 d'autre part. Les tubulures 36 permettent l'admission d'un mélange réalisé dans chaque chambre de sortie 18 d'air de suralimentation et de gaz recirculés refroidis. Lorsque le moteur 2 fonctionne, de l'air de suralimentation est distribué par une vanne 38 à la chambre d'entrée 10 pour de l'air de suralimentation. La vanne 38 est propre à réguler le débit d'air de suralimentation traversant le module 8 et à contrôler la température de sortie de cet air de suralimentation. Pour cela, une partie de cet air est directement déviée dans les chambres de sortie 18 via des dérivations de contournement qui n'apparaissent pas sur cette figure. Une vanne similaire à la vanne 38 est présente pour les gaz recirculés, et fonctionne avec des dérivations de contournement similaires, mais cette vanne et ces dérivations n'apparaissent pas sur les dessins. On a représenté sur la figure 2 un moteur comportant une autre forme de réalisation du module de chaleur selon l'invention selon une vue toujours en perspective partiellement arrachée mais cette fois sensiblement selon l'axe longitudinal du moteur 2. 2890699 9 Dans cette variante, la paroi 26 a été retirée et les refroidisseurs 14 et 16 sont ici réalisés sous la forme de faisceaux distincts contigus. En outre, des résistances électriques de chauffage 40 ont été rajoutées dans chaque chambre de sortie 18. Il peut s'agir en particulier de résistances à coefficient de température positif (dites résistances CTP). Les résistances 40 sont utilisées lors du démarrage du véhicule, lorsque l'air de suralimentation et/ou les gaz recirculés ne sont pas assez chauds. Ils sont alors entièrement dérivés directement dans la chambre de sortie 18 pour y être réchauffés. La figure 3 montre une vue schématique sensiblement de face d'un mode de réalisation en variante. Dans cette variante, la vanne 38 est réalisée sous la forme d'une vanne 44 de réglage de débit d'air de suralimentation, reliée à deux vannes 46 de répartition d'air de suralimentation. Chaque vanne 46 est reliée d'une part à la chambre d'entrée 10 pour de l'air de suralimentation, et à une chambre de 25 sortie 18 par une dérivation de contournement 48. Un agencement similaire est également adopté pour les moyens de réglage de débit et de répartition des gaz recirculés avec une vanne 50 de réglage de débit, deux vannes de répartition 52 et des dérivations de contournement 54. La portée de l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Elle inclut notamment toutes les variantes que l'homme du métier saura envisager et qui sont définies par les revendications en annexe. Revendications 1. Module d'échange de chaleur pour la régulation en température d'un mélange d'air d'admission et de gaz d'échappement recirculés admis dans un moteur thermique à deux bancs de cylindres en V, comprenant une chambre d'entrée (10) pour de l'air de suralimentation et une chambre d'entrée (12) pour des gaz recirculés, module d'échange dans lequel les chambres d'entrée (10, 12) sont réalisées sous la forme de deux conduits sensiblement parallèles adjacents propres à être logés entre les bancs (4) de cylindres (6), et, de part et d'autre de la chambre d'entrée (10) pour de l'air de suralimentation et de la chambre d'entrée (12) pour des gaz recirculés, le module (8) comporte respectivement un refroidisseur (14) d'air de suralimentation et un refroidisseur (16) de gaz recirculés, ainsi qu'une chambre de sortie (18) commune à laquelle sont reliés lesdits refroidisseurs (14, 16), ladite chambre de sortie (18) étant réalisée sous la forme d'un conduit sensiblement parallèle aux conduits des chambres d'entrée (10, 12), les chambres de sortie (18) étant prévues chacune pour alimenter les cylindres d'un banc respectif du moteur par un mélange d'air suralimenté et de gaz recirculés. 2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le parcours de refroidissement de l'air de suralimentation et des gaz recirculés est sensiblement transverse à une direction longitudinale desdits conduits. 3. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre d'entrée (10) pour l'air de suralimentation et la chambre d'entrée (12) pour les gaz recirculés sont réalisées avec un seul conduit comportant une cloison (22) séparant les deux chambres (10,12). 4. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidisseur d'air de suralimentation (14) et le refroidisseur de gaz recirculés (16) sont réalisés sous la forme d'un faisceau d'échange de chaleur (28) séparé en deux zones par une cloison (30). 5. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidisseur d'air de suralimentation (14) et le refroidisseur de gaz recirculés (16) sont réalisés sous la forme de deux faisceaux d'échange de chaleur distincts. 6. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de 20 réglage de débit d'air de suralimentation (44). 7. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de répartition d'air de suralimentation (46), et deux dérivations (48) de contournement reliant les moyens de répartition d'air de suralimentation (46) aux chambres de sortie (18). 8. Module d'échange de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de répartition d'air de suralimentation comportent deux vannes de répartition (46), chacune reliée par une desdites dérivation de contournement (48) à une chambre de sortie (18). 2890699 13 9. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage de débit de gaz recirculés (50). 10. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de répartition de gaz recirculés (52), et deux dérivations de contournement (54) reliant les moyens de répartition de gaz recirculés (52) aux chambres de sortie (18). 11. Module d'échange de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de répartition de gaz recirculés comportent deux vannes de répartition (52), chacune reliée par une desdites dérivation de contournement (54) à une chambre de sortie (18). 12. Module d'échange de chaleur selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens de réglage de débit de gaz recirculés et les moyens de répartition de gaz recirculés sont réalisés sous la forme d'une seule vanne. 13. Module d'échange de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance de chauffage (40) disposée dans chaque chambre de sortie (18). 14. Moteur thermique à deux bancs de cylindres en V, caractérisé en ce qu'il comporte un module d'échange de chaleur (8) selon l'une des revendications 1 à 13 logé entre les bancs (4) de cylindres (6), les chambres de sortie (18) alimentant chacune les cylindres (6) d'un banc (4) respectif par un mélange d'air suralimenté et de gaz recirculés. 10 15 20 25