Brevet FR2921690A1 — publié le 20090403

Dispositif et procédé pour prévenir la formation de gel dans un échangeur thermique d'air de suralimentation d'un moteur thermique. [0001 La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour empêcher la formation de gel dans un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation d'un moteur thermique, ou pour éventuellement dégeler une partie dudit échangeur. [0002 Afin d'augmenter la puissance d'un moteur thermique à essence ou Diesel, il est courant de � suralimenter � les cylindres, c'est-à-dire de comprimer l'air d'alimentation du moteur à l'aide d'un turbocompresseur. Cependant, la compression de l'air provoque une élévation de sa température et une modification de sa densité. II est donc avantageux de refroidir l'air comprimé en sortie du turbocompresseur (air dit de suralimentation), avant son injection dans les cylindres, afin d'obtenir une densité optimale de l'air et donc un meilleur rendement du moteur. Le refroidissement de l'air de suralimentation est effectué habituellement à l'aide d'un échangeur thermique, habituellement de type air/air, implanté dans la face avant du véhicule. [0003] Cependant l'échangeur thermique peut parfois ne plus fonctionner, notamment par grand froid. En effet, de la matière susceptible de geler û notamment bien sûr de l'eau sous forme de vapeur- peut être présente dans l'échangeur, et par suite de condensations successives s'accumuler au fond de l'échangeur. Par grand froid, cette matière peut geler, formant un ou plusieurs glaçons obstruant partiellement ou complètement le passage de l'air de suralimentation dans l'échangeur. II existe donc un risque de pannes du véhicule se traduisant par une diminution du couple moteur et des difficultés de démarrage du moteur, les pannes pouvant même aller jusqu'à l'immobilisation du véhicule. 2 [0004] La présente invention propose une solution permettant d'éviter la formation de glaçon(s) ou éventuellement pour fondre le ou les glaçons s'étant formés. [0005] Le brevet US 5,575,329 concerne le fonctionnement des moteurs thermiques munis d'échangeurs thermiques dans le but de refroidir des fluides visqueux , de l'huile par exemple. Lorsque le moteur est froid, ces fluides sont très visqueux et ont tendance à obstruer les passages à l'intérieur de l'échangeur thermique. Cependant ce brevet ne traite pas du problème de l'apparition de gel à l'intérieur d'un échangeur thermique d'air de suralimentation. [0006] De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif pour prévenir la formation de gel dans au moins une partie d'un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation, ladite partie de l'échangeur thermique ù pouvant être constituée par la boite de sortie de l'échangeur thermique ù pouvant éventuellement contenir une matière susceptible de geler. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens pour dériver une fraction de l'air de suralimentation et pour circuler l'air de suralimentation ainsi dérivé dans ladite partie de l'échangeur thermique afin de réchauffer ladite partie. [0007] Lesdits moyens peuvent avantageusement comporter un conduit de dérivation d'air de suralimentation connecté entre deux endroits de l'échangeur : un premier endroit proche de l'entrée de l'échangeur et un second endroit proche de sa sortie. Par ailleurs, ces moyens peuvent comporter une vanne de contrôle permettant d'ajuster la fraction d'air de suralimentation qui est dérivée pour être circulée dans ladite partie de l'échangeur thermique. Cette vanne de contrôle peut être placée dans le conduit de dérivation, à proximité de l'entrée de l'échangeur thermique. [000s] Le dispositif selon l'invention s'applique tout particulièrement à des échangeurs thermiques de type air/air. 3 [0009] L'invention concerne également un procédé pour empêcher la formation de gel de matière pouvant éventuellement être contenue dans une partie d'un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation d'un moteur thermique, ou pour éventuellement dégeler ladite matière. Selon l'invention, une fraction de l'air de suralimentation est dérivée à proximité de l'entrée de l'échangeur thermique, et la fraction d'air dérivée est circulée dans ladite partie de l'échangeur thermique afin d'être mise en contact avec ladite matière. [0010] De préférence, la fraction d'air dérivée est ajustée en fonction des 10 conditions atmosphériques et/ou de la température de l'air de suralimentation. [0011] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur 15 lesquels : • la figure 1 est une vue en 3D d'un système de suralimentation en air avec un échangeur thermique muni du dispositif de l'invention, et • les figures 2 illustrent en coupe un échangeur thermique muni du dispositif de l'invention. 20 [0012] Sur la figure 1, le système de suralimentation en air d'un moteur thermique, de type à carburant essence ou Diesel, comporte un système 10 de collecteurs d'admission d'air munie d'une entrée 11 pour des gaz d'échappement recirculés (connus sous la dénomination anglaise gaz � EGR � pour Exhaust Gaz Recirculation ; selon ce système une partie des 25 gaz d'échappement est recyclée vers le collecteur d'admission), un turbocompresseur 12 muni d'un filtre 13 et un échangeur thermique 14, généralement un échangeur air/air, lequel comporte une entrée 15 communiquant avec une boite d'entrée 16 et une sortie 17 communiquant avec une boite de sortie 18. L'air extérieur est aspiré à travers le filtre 13 et 4 comprimé par le turbocompresseur 12. Cet air ainsi comprimé, appelé air de suralimentation, est dirigé par une conduite 19 vers l'entrée 15 de l'échangeur 14 afin d'être refroidi. L'air de suralimentation refroidi est dirigé par une conduite 20 de la sortie 17 de l'échangeur vers le système de collecteurs 10, à travers une vanne 21 permettant de doser la quantité d'air de suralimentation apportée au système de collecteurs 10. [0013] L'échangeur thermique peut être utilisé de la façon représentée sur la figure 1, c'est-à-dire avec la boite de sortie 18 en bas et positionné à l'avant du véhicule, juste derrière la calandre. Par suite de condensations successives de divers éléments se trouvant dans l'air de suralimentation (par exemple, condensation de gaz et/ou de vapeur d'eau), ces éléments peuvent s'accumuler dans une partie de l'échangeur. En tombant par gravité ou en étant entraînés par la circulation d'air dans l'échangeur, ils ont tendance à s'accumuler dans la boite de sortie ou à proximité de la sortie de l'échangeur. Par temps froid, ces éléments sont susceptibles de geler et de créer des glaçons pouvant boucher la partie de l'échangeur les contenant, et notamment de boucher la sortie 17. Ce phénomène est à l'origine de pannes se manifestant par une perte de couple moteur et/ou l'impossibilité de démarrer ou redémarrer le moteur. [0014] La présente invention apporte une solution à ce problème en profitant du fait que l'air de suralimentation est relativement chaud (dû à la compression de l'air dans le turbocompresseur) : une fraction de l'air de suralimentation est dérivée à proximité de l'entrée de l'échangeur vers la partie de l'échangeur contenant les éléments susceptibles de geler, et donc notamment vers la sortie de l'échangeur thermique. Le prélèvement de l'air de suralimentation doit bien entendu être effectué avant le refroidissement de l'air, par exemple directement à l'entrée 15 de l'échangeur ou à proximité de cette entrée ou encore dans la boite d'entrée 16. L'air de suralimentation prélevé étant relativement chaud, en pénétrant et circulant dans la boite de sortie 18 de l'échangeur thermique, il empêche le gel des éléments éventuellement contenus dans la boite de sortie 18 et/ou à la sortie 17 de l'échangeur. Si des glaçons se sont formés (par exemple, lorsque le véhicule est resté en stationnement dehors par grand froid), la chaleur dégagée par l'air de suralimentation dérivé permet de faire fondre les glaçons. L'air de 5 suralimentation dérivé est injecté dans l'échangeur thermique à proximité de la partie contenant des éléments susceptibles de s'être accumulés et de geler, et donc notamment à proximité de la sortie 17 de l'échangeur ou directement dans la boite 18 de sortie de l'échangeur. [0015] Sur la figure 1, les moyens 22 pour dériver l'air de suralimentation prennent la forme d'un conduit de dérivation 23 reliant la boite d'entrée 16, à proximité de l'entrée 15 de l'échangeur thermique, à la boite de sortie 18. Une vanne de contrôle 24, située dans la canalisation 23, à proximité de la boite d'entrée de l'échangeur, permet d'ajuster la fraction ou la quantité d'air de suralimentation dérivée. Cette vanne 24 peut être pilotée par des moyens hydrauliques, électriques ou pneumatiques reliés à des moyens de contrôle (non représentés) tels qu'un microprocesseur contenant un algorithme de commande d'ouverture et de fermeture de la vanne en fonction des conditions atmosphériques, notamment de la température extérieure, et de la température de l'air de suralimentation. [0016] Les figures 2a, 2b et 2c représentent en coupe un échangeur thermique 25 muni de moyens de dérivation de l'air de suralimentation, respectivement vu de face (la face avant), vu de profil et vu de l'autre face opposée (la face arrière). L'échangeur thermique 25 comporte une boite d'entrée 26 avec une entrée 27 pour l'air de suralimentation, un ensemble de canalisations 28 dans lesquelles circule l'air de suralimentation à refroidir et une boite de sortie 29 avec une sortie 30 (figure 2b). Les moyens de dérivation de l'air de suralimentation comportent un conduit de dérivation 31 reliant la boite d'entrée 26 à la boite de sortie 29. L'air dérivé pénètre et circule dans la boite de sortie 29. Selon le type et la forme de l'échangeur thermique, il est possible et aisé de prévoir les parties de l'échangeur dans 6 lesquelles la formation de glaçons est possible et donc de diriger l'air de suralimentation dérivé vers ces parties. [0017] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la 5 présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour prévenir la formation de gel dans au moins une partie (18 , 29) d'un échangeur thermique (14, 25) destiné à refroidir de l'air de suralimentation, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (22, 31) pour dériver une fraction de l'air de suralimentation et pour circuler l'air de suralimentation ainsi dérivé dans ladite partie de l'échangeur thermique afin de réchauffer ladite partie. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un conduit de dérivation (23, 31) d'air de suralimentation connecté entre un premier endroit de l'échangeur thermique proche de l'entrée de l'échangeur thermique et un second endroit de l'échangeur thermique, proche de la sortie de l'échangeur thermique. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens comportent en outre une vanne de contrôle (24) permettant d'ajuster la fraction d'air de suralimentation qui est dérivé pour être circulé dans ladite partie de l'échangeur thermique. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la vanne de contrôle (24) est placée dans le conduit de dérivation (23), à proximité de l'entrée (15) de l'échangeur thermique. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'échangeur thermique (14) est un échangeur air/air. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite partie est constituée par la boite de sortie (18, 29) de l'échangeur thermique. 7. Procédé pour empêcher la formation de gel de matière pouvant éventuellement être contenue dans une partie d'un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation d'un moteur 8 thermique, ou pour éventuellement dégeler ladite matière, le procédé étant caractérisé en ce que : - une fraction de l'air de suralimentation est dérivée à proximité de l'entrée de l'échangeur thermique, et - la fraction d'air dérivée est circulée dans ladite partie de l'échangeur thermique afin d'être mise en contact avec ladite matière. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la fraction d'air dérivée est ajustée en fonction des conditions atmosphériques. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8 caractérisé en ce que la fraction d'air dérivée est ajustée en fonction de la température de l'air de suralimentation. 20 25