Brevet FR2933747A1 — publié le 20100115

REFROIDISSEUR D'AIR DE SURALIMENTATION L'invention concerne un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel refroidisseur d'air de suralimentation. Les refroidisseurs d'air de suralimentation connus pour véhicules automobiles servent à refroidir l'air de combustion comprimé par un groupe de suralimentation, par exemple un compresseur ou un turbocompresseur, pour augmenter sa densité. Une plus grande quantité d'air peut ainsi être amenée au moteur, ce qui permet aussi d'injecter une plus grande quantité de carburant, ce qui augmente la puissance du moteur. Les refroidisseurs d'air de suralimentation présentent habituellement un module échangeur thermique qui est traversé par l'air de suralimentation. Au niveau d'une structure en réseau du module échangeur thermique, cet air de suralimentation cède sa chaleur à l'air ambiant. Dans certains cas, on utilise également des modules échangeurs thermiques à refroidissement liquide pour refroidisseur d'air de suralimentation. Lorsque l'on utilise des turbocompresseurs à gaz d'échappement comme groupes de suralimentation, leur efficacité de compression dépend fortement de l'état de fonctionnement respectif du véhicule. Afin d'améliorer la compression, on utilise de plus en plus une suralimentation dite étagée, autrement dit la compression de l'air de suralimentation se fait par deux groupes de suralimentation, qui sont optimisés chacun pour différents états de fonctionnement du véhicule. Ce faisant, un des groupes de suralimentation fonctionne généralement de manière continue, tandis qu'un deuxième groupe de 2 suralimentation est uniquement mis en circuit dans certains états de fonctionnement. Lorsqu'une telle suralimentation à plusieurs étages est utilisée en combinaison avec un refroidisseur d'air de suralimentation connu de l'état de la technique, les sorties du compresseur des deux groupes de suralimentation, desquelles sort l'air comprimé, doivent d'abord être réunies avant de pouvoir amener l'air de suralimentation au refroidisseur d'air de suralimentation. Ceci conduit de manière désavantageuse à une augmentation de l'espace nécessaire. Un autre problème d'un tel mode de réalisation réside dans le fait que le volume du module échangeur thermique du refroidisseur d'air de suralimentation doit être optimisé pour la quantité d'air de suralimentation produite lors du fonctionnement simultané des deux groupes de suralimentation. Ce volume est néanmoins conçu trop important pour le fonctionnement d'un seul groupe de suralimentation, ce qui conduit à une perte de puissance et dans le cas de changements de charges du moteur automobile à une détérioration du comportement. L'objet de la présente invention consiste donc à mettre à disposition un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile qui surmonte lesdits inconvénients de la suralimentation étagée. L'objet de l'invention consiste en particulier à mettre à disposition un refroidisseur d'air de suralimentation particulièrement compact. Ce problème est résolu par un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, avec une ouverture de sortie d'air et deux ouvertures d'entrée d'air, dans lequel un module échangeur thermique est associé à chaque ouverture d'entrée d'air, lequel comprend respectivement un canal d'air et dans lequel les canaux 3 d'air débouchent dans un caisson d'air du refroidisseur d'air de suralimentation, qui est en relation avec l'ouverture de sortie d'air. Le refroidisseur d'air de suralimentation selon l'invention pour véhicule automobile comprend donc une ouverture de sortie d'air et deux ouvertures d'entrée d'air. Selon l'invention, un module échangeur thermique propre, qui comprend respectivement un canal d'air, est associé à chaque ouverture d'entrée d'air. Ces canaux d'air débouchent à leur tour dans un caisson d'air du refroidisseur d'air de suralimentation, qui est en relation avec l'ouverture de sortie d'air. La réunion des sorties du compresseur de deux groupes de suralimentation n'a donc pas lieu de manière séparée du refroidisseur d'air de suralimentation. Mais, un module échangeur thermique propre est associé à chaque groupe de suralimentation. La réunion des flux d'air des deux groupes de suralimentation n'a lieu que dans le sens d'écoulement derrière les modules échangeurs thermiques dans le caisson d'air du refroidisseur d'air de suralimentation. On économise ainsi la place d'une réunion séparée des flux d'air des deux groupes de suralimentation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu en outre un élément de fermeture, à l'aide duquel le canal d'air associé à un module échangeur thermique peut être fermé. Pour l'utilisation décrite en introduction d'un refroidisseur d'air de suralimentation selon l'invention en combinaison avec deux groupes de suralimentation, dont l'un est en fonctionnement continu et le deuxième n'est mis que temporairement en circuit, le refroidisseur d'air de suralimentation doit être relié aux groupes de suralimentation, de sorte que le groupe de suralimentation ne fonctionnant que temporairement soit relié au canal 4 d'air pouvant être fermé du refroidisseur d'air de suralimentation. Si un seul groupe de suralimentation est en service, le canal d'air pouvant être fermé peut être fermé. Ainsi le volume du refroidisseur d'air de suralimentation est nettement réduit lorsqu'un seul groupe de suralimentation est en service. En raison du plus faible volume du refroidisseur d'air de suralimentation qui est ainsi mis à disposition, une modification de la compression par le groupe de suralimentation est ainsi transmise de manière avantageusement plus rapide au moteur du véhicule. En cas de changements de charges, le comportement de réaction de la suralimentation s'améliore donc nettement. De plus, la section transversale réduite dans le module échangeur thermique permet d'obtenir en cas de fonctionnement d'un seul groupe de suralimentation, une plus grande vitesse d'écoulement dans le refroidisseur d'air de suralimentation. Ceci conduit à un meilleur rendement de l'échangeur thermique. Les pertes de pression augmentent ainsi en même temps dans le refroidisseur d'air de suralimentation, le rendement supérieur du module échangeur thermique surcompense cependant cette augmentation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de fermeture peut être amené d'une position fermée à une position ouverte par application d'une pression de gaz d'un milieu entrant dans le canal d'air. L'élément de fermeture agit donc par auto-régulation. Si dans le cas de l'agencement décrit au début, le deuxième groupe de suralimentation est mis en circuit, la pression de gaz, qui agit dans le canal d'air après mise en circuit qui est associé à ce groupe de suralimentation, suffit à amener l'élément de fermeture dans sa position ouverte. L'élément de fermeture est agencé de préférence de telle sorte que lors de la mise hors circuit du deuxième groupe de suralimentation, donc lorsque la pression de gaz diminue à nouveau dans le canal d'air, il retourne par la seule 5 gravité dans sa position de départ fermée. Afin de faciliter le retour de l'élément de fermeture dans sa position fermée, il peut être prévu en outre un élément de rappel qui exerce sur l'élément de fermeture une force de rappel proportionnelle à une déviation de l'élément de fermeture à partir de la position fermée. Ceci peut être obtenu par exemple par un ressort agencé en conséquence. Pour qu'un tel élément de fermeture puisse déployer complètement les propriétés avantageuses susmentionnées, un élément d'étanchéité est disposé de préférence au niveau de l'élément de fermeture. Ceci permet d'éviter en particulier en cas de fonctionnement d'un seul groupe de suralimentation, les pertes de pression qui pourraient résulter d'une ouverture partielle de l'élément de fermeture. Dans un mode de réalisation préféré, l'élément de fermeture est réalisé sous forme de clapet anti-retour. Il s'agit du mode de réalisation le plus simple et le plus robuste pour un élément de fermeture autorégulant. L'élément de rappel susmentionné peut également être réalisé ici de manière particulièrement simple sous forme de ressort spiralé disposé au point de rotation du clapet anti-retour. L'élément de fermeture est agencé de préférence dans une zone d'embouchure du canal d'air dans le caisson d'air. Ainsi le deuxième groupe de suralimentation dispose, lorsqu'il est mis en circuit, de l'ensemble du volume, qui se trouve dans le canal d'air associé, à refouler pendant 6 cette montée en régime. La montée en régime du deuxième groupe de suralimentation lors de sa mise en circuit n'a donc pas lieu à sa limite de pompage, mais dans une plage de fonctionnement stable. L'invention et ses modes de réalisation sont expliqués plus en détail ci-après, la seule figure montrant une représentation schématique d'un refroidisseur d'air de suralimentation selon l'invention. Un refroidisseur d'air de suralimentation dont l'ensemble porte le repère 10 se compose de deux modules échangeurs thermiques séparés 12 et 14. Une première ouverture d'entrée d'air 16 est associée ce faisant au module échangeur thermique 12. Sur les véhicules dotés d'une suralimentation étagée, sur lesquels un premier groupe de suralimentation fonctionne en continu et un deuxième groupe de suralimentation est mis en circuit uniquement en cas de besoin, le premier groupe de suralimentation à fonctionnement continu est relié à l'entrée d'air 16 du module échangeur thermique 12. La sortie du compresseur du groupe de suralimentation mis en circuit uniquement en cas de besoin est reliée à une deuxième ouverture d'entrée d'air 18, qui est associée au module échangeur thermique 14. Une paroi de séparation 20, qui sépare l'un de l'autre les flux d'air dans les modules échangeurs thermiques 12 et 14, est disposée entre les modules échangeurs thermiques 12 et 14. Ces flux d'air ne sont réunis que dans un caisson d'air 22 du refroidisseur d'air de suralimentation 10 et sortent du refroidisseur d'air de suralimentation 10 par le biais d'une ouverture de sortie d'air 24. L'ouverture de sortie d'air 24 du refroidisseur d'air de suralimentation 10 est reliée à l'ouverture d'aspiration d'air du moteur du véhicule. La réunion des flux d'air comprimés des sorties 7 de compresseur des deux groupes de suralimentation n'a donc lieu que lorsque ces flux d'air ont passé les modules échangeurs thermiques 12 et 14. Respectivement ce qu'on appelle un réseau d'échangeurs thermiques est agencé dans les espaces intérieurs 26 et 28 des modules échangeurs thermiques 12 et 14. Ce réseau se compose d'une pluralité de tuyaux, qui sont reliés à des ailettes ondulées pour augmenter la surface de l'échangeur thermique et qui sont traversés par l'air ambiant froid ou un milieu de refroidissement liquide. Le milieu traversant les tuyaux des réseaux dans les espaces intérieurs 26 et 28 des modules échangeurs thermiques 12 et 14 absorbe ce faisant la chaleur de l'air de suralimentation traversant les réseaux et l'évacue. Un clapet anti-retour 32 est agencé dans une zone d'embouchure 30 du module échangeur thermique 14 dans le caisson d'air 22 du refroidisseur d'air de suralimentation 10. Ce clapet est logé de manière pivotante avec une charnière 34 au niveau de la paroi 36 du module échangeur thermique 14. L'agencement du refroidisseur d'air de suralimentation 10 montré sur la figure correspond au montage effectif. Le module échangeur thermique 14 est donc agencé dans le sens de la hauteur du véhicule au-dessus du module échangeur thermique 12. Si le refroidisseur d'air de suralimentation 10 n'est pas traversé par de l'air, le clapet anti-retour 32 est maintenu par la seule gravité dans sa position fermée, dans laquelle il ferme l'espace intérieur 28 du module échangeur thermique 14 contre le caisson d'air 22. Si l'on n'active à présent que le premier groupe de suralimentation, l'air traverse le module échangeur thermique 12. Il en résulte dans le refroidisseur d'air de suralimentation 10 et en particulier dans le caisson d'air 22 une pression d'écoulement, qui presse 8 l'arête inférieure 38 du clapet anti-retour encore davantage contre la zone d'extrémité 40 dirigée vers le caisson d'air 22 de la paroi de séparation 20. L'espace intérieur 28 du module échangeur thermique 14 est donc étanché dans ce mode de fonctionnement contre le caisson d'air 22, de sorte que l'air refoulé du premier groupe de suralimentation par l'espace intérieur 26 du premier module échangeur thermique 12 ne peut pas pénétrer dans l'espace intérieur 28 du deuxième module échangeur thermique 14. Une telle entrée d'écoulement diminuerait à nouveau la pression de suralimentation et l'efficacité du système. Pour améliorer cet effet d'étanchéification, un élément d'étanchéité 42 périphérique peut également être agencé au niveau du clapet anti-retour 32. Pour optimiser davantage l'appui du clapet anti-retour 32, le réseau d'échangeurs thermiques dans l'espace intérieur 28 du deuxième module échangeur thermique 14 peut être adapté géométriquement à la position fermée du clapet, de sorte que le clapet anti-retour 32 continue d'être soutenu par ce réseau. Si l'on met à présent le deuxième groupe de suralimentation à fonctionnement temporaire en circuit, une contre-pression est générée dans l'espace intérieur 28 du deuxième module échangeur thermique 14. Dès que cette contre-pression dépasse la pression régnant dans le caisson d'air 22, le clapet anti-retour s'ouvre dans le sens de la flèche 44. Dans cet état de fonctionnement, l'air de suralimentation refroidi mis à disposition par les deux groupes de suralimentation arrive au collecteur d'admission du moteur associé par le biais du caisson d'air 22 et de l'ouverture de sortie 24. Lorsque le deuxième groupe de suralimentation n'a plus de besoin de la suralimentation supplémentaire, la pression baisse à nouveau dans l'espace 9 intérieur 28 du deuxième module échangeur thermique 14 et la pression générée par le premier groupe de suralimentation dans le caisson d'air 22 ainsi que la gravité conduisent à un déplacement du clapet anti-retour 32 dans le sens contraire à celui de la flèche 44, jusqu'à ce que celui-ci ferme à nouveau l'espace intérieur 28 du deuxième module échangeur thermique 14. Pour faciliter ce mouvement de fermeture autorégulant, un ressort spiralé ou un autre élément de rappel de ce genre peut être prévu dans la zone de la charnière 34, avec laquelle le clapet antiretour 32 est logé au niveau de la paroi 36 du refroidisseur d'air de suralimentation 10. REVENDICATIONS1. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) pour véhicule automobile, avec une ouverture de sortie d'air (24) et deux ouvertures d'entrée d'air (16, 18), dans lequel un module échangeur thermique (12, 14) est associé à chaque ouverture d'entrée d'air, lequel comprend respectivement un canal d'air (26, 28) et dans lequel les canaux d'air (26, 28) débouchent dans un caisson d'air (22) du refroidisseur d'air de suralimentation (10), qui est en relation avec l'ouverture de sortie d'air (24). 2. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que un élément de fermeture (32) est prévu, pour fermer le canal d'air (28) d'un module échangeur thermique (14). 3. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de fermeture (32) est amené d'une position fermée à une position ouverte par application d'une 20 pression de gaz d'un milieu entrant dans le canal d'air (28). 4. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que 25 un élément de rappel est associé à l'élément de fermeture (32), lequel exerce sur l'élément de fermeture (32) une force de rappel proportionnelle à une déviation de l'élément de fermeture (32) à partir d'une ou de la position fermée. 30 5. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,caractérisé en ce que un élément d'étanchéité (42) est disposé au niveau de l'élément de fermeture (32). 6. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon 5 l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'élément de fermeture (32) est agencé dans une zone d'embouchure (30) du canal d'air (28) dans le caisson d'air (22). 10 7. Refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément de fermeture (32) est réalisé sous forme de clapet anti-retour. 15 8. Véhicule automobile avec un refroidisseur d'air de suralimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.