Brevet FR2932852A1 — publié le 20091225

Dispositif de refroidissement d'air d'admission d'un moteur à combustion interne. Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'air d'admission d'un moteur à combustion interne. La présente invention trouve une application avantageuse dans le domaine du refroidissement des moteurs à combustion interne, qu'ils soient suralimentés ou non. Arrière plan technologique D'une manière générale, la ligne d'admission d'un moteur à combustion interne permet d'alimenter les chambres de combustion du moteur à partir de l'air prélevé à température ambiante à l'extérieur du véhicule. Quel que soit le type de moteur considéré, une ligne d'admission comprend un col d'entrée d'air, un filtre à air et un répartiteur d'admission chargé de distribuer l'air admis entre les différentes chambres de combustion. Dans le cas des moteurs atmosphériques à aspiration naturelle, le filtre à air communique directement avec le répartiteur d'admission. Dans le cas des moteurs suralimentés, l'air sortant du filtre à air pénètre dans le compresseur d'un turbocompresseur, et l'air d'admission ainsi comprimé est refroidi par un échangeur de chaleur, air/air ou air/eau, avant d'entrer dans le répartiteur d'admission, ceci afin d'augmenter la densité de l'air alimentant les chambres de combustion. Lorsque la température extérieure devient très élevée, la température de l'air dans la ligne d'admission peut subir une augmentation importante liée au fait que tous les composants d'admission sont situés dans le compartiment moteur et se trouvent donc soumis à l'ambiance thermique régnant sous le capot du véhicule. Il résulte de cette augmentation de température une diminution de la densité de l'air admis dans le moteur qui se traduit par une perte importante de puissance notamment lors d'un redémarrage suite à une phase d'arrêt après roulage (� coup de chaud �), au cours de laquelle la température du compartiment moteur peut connaître d'importantes augmentations. Cette situation se rencontre lorsque la température extérieure devient très élevée, comme en été, ou dans certains pays au climat particulièrement chaud. On peut également observer une perte de puissance lors de reprises en phase de roulage à vitesse réduite, lorsque les conditions de température sont telles que le système de refroidissement du moteur s'avère insuffisant pour compenser les élévations de température subies par l'air d'admission. Ce phénomène peut être constaté aussi bien pour les moteurs atmosphériques que pour les moteurs suralimentés, même s'il est moins sensible pour ces derniers du fait de la présence du refroidisseur d'air de suralimentation en aval du turbocompresseur. Un principe connu de refroidissement est d'utiliser la chaleur latente de vaporisation d'un fluide projeté en de fines gouttelettes. Un dispositif de refroidissement de l'air d'admission est décrit dans le brevet US6257211 qui propose de refroidir l'air d'admission est par l'évaporation d'eau pulvérisée sur l'élément filtrant du filtre à air. Cependant dans ce dispositif, l'eau nécessaire au refroidissement est stockée dans une partie basse du filtre à air qui fait office de réservoir. Un inconvénient majeur d'un tel dispositif est qu'il implique une opération de maintenance régulière pour le remplissage en eau du réservoir. L'invention a pour but de pallier l'inconvénient du système selon l'art antérieur en proposant un dispositif qui ne nécessite pas d'opération de maintenance pour l'approvisionnement en eau de refroidissement. L'invention concerne donc un dispositif de refroidissement d'air d'admission circulant dans une ligne d'admission de moteur à combustion interne de véhicule automobile, ladite ligne comportant un élément filtrant et un pulvérisateur d'un fluide de refroidissement sur l'élément filtrant, caractérisé en ce que ledit pulvérisateur est alimenté par des condensats produits par ledit groupe de climatisation. Ainsi, on comprend que, pour refroidir l'air d'admission, le dispositif conforme à l'invention met à profit la formation naturelle dans le circuit de climatisation du véhicule d'une source froide constituée par les condensats qui en temps normal sont évacués vers l'extérieur du véhicule. Au contraire, dans l'invention, les condensats sont récupérés au niveau de leur sortie d'évacuation pour être acheminés vers le filtre à air et pulvérisés sur l'élément filtrant afin de refroidir par évaporation l'air d'admission qui circule à travers ledit élément filtrant. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le pulvérisateur pulvérise les condensats du coté sale de l'élément filtrant. - l'élément filtrant comprend un matériau apte à absorber par capillarité les condensats du groupe de climatisation. - le matériau apte à absorber par capillarité les condensats est du papier. - le matériau apte à absorber par capillarité les condensats est une mousse plastique perméable à l'air. - le dispositif comprend une réserve de condensats se remplissant avec lesdits condensats produits par le groupe de climatisation et alimentant le pulvérisateur. - la réserve de condensats est un réservoir fermé. - la réserve de condensats est un bac de rétention desdits condensats. - Le dispositif comprend une pompe pour refouler les condensats vers le pulvérisateur et aider à la pulvérisation. - la pompe est une pompe électrique. L'invention apporte de nombreux avantages, à savoir qu'elle utilise une source de fluide de refroidissement déjà existante dans le véhicule, jusque là inutilisée et sans impact sur l'environnement. De plus, la mise en oeuvre sur véhicule de l'invention est très simple, avec la possibilité de n'équiper que les véhicules destinés à des pays au climat particulièrement chaud, sans modification lourde sur la définition et le bilan énergétique de la climatisation. On profite en outre d'une synchronisation naturelle du phénomène de génération des condensats par la climatisation avec le besoin de refroidissement de l'admission d'air : plus la température extérieure s'élève, plus la climatisation fonctionne et plus la formation de condensats est importante. Enfin, le dispositif conforme à l'invention est un système d'approvisionnement en eau autonome, il n'est plus besoin de faire le remplissage d'un réservoir. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'air d'admission conforme à l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique d'un filtre à air comportant un pulvérisateur pour pulvériser des condensats sur l'élément filtrant. Description détaillée Sur la figure 1 sont représentés de manière schématique les principaux composants d'un véhicule impliqués dans la mise en oeuvre de l'invention. Ces composants sont situés 10 sous le capot moteur du véhicule. La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 situé entre un radiateur 2 et un tablier 3. Le moteur 1 est relié à une ligne 4 d'amission d'air généralement située dans la partie droite du moteur. La ligne 4 d'admission d'air comprend, dans l'ordre, un col 5 15 d'entrée d'air, un filtre à air 6 et un répartiteur 7 d'admission dont la fonction est d'alimenter en air admis les cylindres du moteur 1. La figure 1 concerne plus spécialement le cas d'un véhicule à moteur atmosphérique à aspiration naturelle de l'air d'admission. Dans le cas d'un moteur suralimenté, le 20 compresseur d'un turbocompresseur, accompagné de son système de refroidissement de l'air comprimé en sortie, serait intercalé entre le filtre à air 6 et le répartiteur d'admission 7. Il faut cependant signaler que l'enseignement de l'invention est indépendant du type de moteur considéré et que le mode de réalisation illustré sur la figure 1 en référence à un moteur atmosphérique s'applique de la même manière à un moteur suralimenté. 25 Entre le tablier 3 et la planche de bord 8 se situe le groupe 9de climatisation. Le seul élément du groupe de climatisation 9 représenté sur la figure 1 est l'évaporateur 10 chargé de refroidir le flux d'air entrant dans l'habitacle du véhicule. S'agissant d'un groupe de climatisation classique, les autres éléments du groupe 9de climatisation, comme le 30 compresseur, le condenseur, etc., n'ont pas à être décrits davantage dans le cadre de la présente invention. On a seulement représenté la sortie 11 d'évacuation des condensats produits par l'évaporateur 10 lors du fonctionnement du groupe 9 de climatisation. Rappelons que ces condensats sont essentiellement de l'eau provenant de la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air de climatisation. 35 On a expliqué en détail plus haut comment les performances du moteur peuvent être dégradées lorsque l'air d'admission subit de fortes élévations de température et combien il est nécessaire de le refroidir, notamment dans des conditions de température extérieure élevée. Les condensats sont prélevés de l'évaporateur 10 au moyen d'une pompe 12 connectée à la sortie 11 d'évacuation par un tuyau 13 et sont acheminés en direction du filtre à air 6 par un tuyau 14. Une pompe électrique est tout à fait acceptable pour la réalisation de l'invention et permet d'apporter l'énergie nécessaire pour d'une part, faire remonter les condensats de la sortie d'évacuation 11, située généralement en position basse sur le véhicule vers le filtre à air 6 et d'autre part, générer la pression nécessaire pour aider à la pulvérisation des condensats. Comme le montre maintenant la figure 2, le filtre à air 6 est doté d'une entrée 15 d'air et d'une sortie 16 d'air. A l'intérieur du filtre à air 6, entre l'entrée 15 d'air et la sortie 16 d'air est placé un élément filtrant 17. L'air provenant de l'extérieur, chargé de ses poussières, passe dans le filtre à air 6 en arrivant par l'entrée 15 d'air. Il est ensuite débarrassé des poussières et autre salissures au niveau de l'élément filtrant 17 et dirigé, via la sortie 16 d'air, vers le répartiteur d'air 7. 20 Le tuyau 14 qui achemine les condensats à partir de la pompe 12 est relié à un pulvérisateur 18 disposé dans le filtre à air 6. Ainsi, le pulvérisateur 18 est alimenté par les condensats produits par le groupe 9 de climatisation et pulvérise lesdits condensats en fines gouttelettes 19 sur l'élément filtrants 17. Les condensats sont absorbés par l'élément filtrant 17 et on profite ainsi de la surface d'échange importante de l'élément 25 filtrant 17 pour refroidir l'air d'admission par évaporation desdits condensats. De préférence, pour une bonne absorption des condensats dans l'élément filtrant 17, celui-ci comprend un matériau apte à absorber par capillarité les condensats du groupe 9 de climatisation. Le matériau apte à absorber capillarité les condensats peut être du 30 papier, ou encore une mousse plastique à cellules ouvertes pour laisser passer l'air. La mousse peut être en polyuréthane. La figure 2 concerne le cas d'un pulvérisateur 18 implanté dans le filtre à air 6 du coté dit sale de l'élément filtrant 17, c'est-à-dire du coté de l'élément filtrant 17 donnant sur l'air 35 extérieur. Dans ce cas, l'eau des condensats ainsi que les impuretés qu'ils contiennent sont retenus par l'élément filtrant 17 et ne peuvent pas pénétrer dans le moteur 1.15 Ce cas d'implantation est aussi avantageux quand, par exemple, un organe sensible à l'eau et aux impuretés, tel qu'un débitmètre non représenté ici, est disposé du coté dit propre de l'élément filtrant 17, c'est-à-dire sur la ligne 4 d'admission d'air, entre l'élément filtrant 17 et le moteur 1. En effet, cette implantation permet de faire fonctionner l'organe sensible dans de l'air filtré, sans risque de panne. Il faut cependant signaler que la pulvérisation peut se faire du coté propre s'il n'y a pas du même coté d'organes sensibles à de la vapeur ou des gouttelettes d'eau, le moteur étant, quant à lui, apte à supporter des traces de condensats sans casser. De plus, quand le positionnement relatif de l'élément filtrant 17 et du pulvérisateur le permet, on peut aussi éviter de trop imbiber l'élément filtrant 17 par les condensats en disposant le pulvérisateur 18 par rapport à l'élément filtrant 17 de manière à pouvoir profiter du phénomène de gravité pour faire ruisseler les condensats vers le bas et ainsi limiter l'imbibition de l'élément filtrant 17. Par ailleurs, la pompe 12 peut ne pas fonctionner en continu, et être commandée ponctuellement afin d'effectuer des vaporisations de condensats à des instants choisis, par exemple sur les � coups de chaud �, ce qui permet d'éviter de noyer l'élément filtrant 17, et ne pas trop augmenter la perte de charge de l'élément filtrant par une quantité trop importante de condensats absorbés. Plusieurs pulvérisateurs 18 peuvent être utilisés pour réaliser une pulvérisation de condensats en plusieurs zones de l'élément filtrant 17, de manière à mieux distribuer les gouttelettes 19 de condensats sur ledit élément filtrant et favoriser les échanges thermiques. Ce mode de réalisation décrit aux figures 1 et 2 n'est aucunement limitatif. Selon une variante non représentée ici, il peut être avantageux de disposer d'une réserve de condensats qui constitue un tampon entre la quantité de condensats produits par le groupe de climatisation 9 et la quantité de condensats consommée par la pulvérisation. Cette réserve se remplit avec les condensats produits par le groupe 9 de climatisation et alimente le pulvérisateur 18. Cette réserve peut, par exemple, servir à stocker des condensats produits par le groupe de climatisation 9 à un moment où la pulvérisation n'est pas requise ou permet encore de pulvériser un débit de condensat supérieur à ce que produit au même moment le groupe de climatisation 9. Cette réserve de condensats peut être réalisée à l'aide d'un réservoir fermé ou encore d'un bac de rétention disposé en amont de la pompe 12. Les avantages de cette invention sont multiples dans le sens où elle combine un dispositif économique et simple à mettre en oeuvre, sans modification profonde du groupe de climatisation, puisque le dispositif est simplement relié à une sortie d'évacuation des condensats produits par le groupe de climatisation et une utilisation judicieuse d'une source d'eau renouvelable, dont la production est sensiblement accordée avec le besoin de refroidissement de l'air d'admission. Revendications1. Dispositif de refroidissement d'air d'admission circulant dans une ligne d'admission (4) de moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile, ladite ligne (4) comportant un élément filtrant (17) et un pulvérisateur (18) d'un fluide de refroidissement sur l'élément filtrant (17), caractérisé en ce que ledit pulvérisateur (18) est alimenté par des condensats produits par un groupe de climatisation (9). 2. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pulvérisateur (18) pulvérise les condensats du coté sale de l'élément filtrant (17). 3. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément filtrant (17) comprend un matériau apte à absorber par capillarité les condensats du groupe de climatisation (9). 4. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 3 caractérisé en ce que le matériau apte à absorber par capillarité les condensats est du papier. 5. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 3 caractérisé en ce que le matériau apte à absorber par capillarité les condensats est une mousse plastique perméable à l'air. 6. Dispositif de refroidissement d'air d'admission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une réserve de condensats se remplissant avec lesdits condensats produits par le groupe (9) de climatisation et alimentant le pulvérisateur (18). 7. Dispositif de refroidissement d'air d'admission selon la revendication 6 caractérisé en ce que la réserve de condensats est un réservoir fermé. 8. Dispositif de refroidissement d'air d'admission selon la revendication 6 caractérisé en ce que la réserve de condensats est un bac de rétention desdits condensats. 9. Dispositif de refroidissement d'air d'admission selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une pompe (12) pour refouler les condensats vers le pulvérisateur (18) et aider à la pulvérisation. 10. Dispositif de refroidissement d'air d'admission selon la revendication 9 caractérisé en ce que la pompe (12) est une pompe électrique. 8