Brevet FR2934329A1 — publié le 20100129

BOITIER DE REFROIDISSEMENT D'AIR [0001 ~ La présente invention concerne un boîtier de refroidissement d'air. [0002 ] Un moteur monté dans un véhicule automobile convertit l'énergie issue de la combustion du carburant en énergie mécanique. L'efficacité de la combustion dépend notamment des proportions du mélange entre le carburant et l'air. L'emploi de la suralimentation permet par exemple la combustion de plus de carburant dans le moteur. Un moteur suralimenté est muni d'un turbocompresseur qui permet d'augmenter la densité de l'air admis au niveau de chacun des cylindres. La température de l'air comprimé est généralement réduite pour augmenter le rendement de la suralimentation. [0003 ] Différents éléments comme un refroidisseur de l'air suralimenté, le boîtier doseur, le répartiteur, agencés séquentiellement, font ainsi partie du collecteur d'admission. L'espace occupé par le collecteur est donc conséquent. De plus, cela augmente la masse du véhicule. Les interfaces sont, par ailleurs, multipliées ce qui peut générer des problèmes d'entretien. [0004] Le document WO-A-2006/079403 concerne un moteur à combustion interne, en particulier d'un véhicule à moteur, qui comprend un chemin d'air pour l'air d'admission, dans lequel une unité de compression entraînée mécaniquement, en particulier un compresseur, peut être connectée ou déconnectée au moyen d'un couplage. Le moteur comporte également un turbocompresseur de gaz d'échappement, un tuyau d'admission, relié à des entrées d'air d'un bloc-cylindres du moteur à combustion interne, ainsi qu'un refroidisseur de compression. Une sortie de pression de l'unité de compression entraînée mécaniquement est directement reliée au tuyau d'admission et une sortie de pression du compresseur des gaz d'échappement est reliée à une entrée de l'unité de compression entraînée mécaniquement. La sortie de pression du compresseur des gaz d'échappement est reliée à l'entrée de l'unité de compression entraînée mécaniquement par un papillon de type marche-arrêt des gaz et en amont dudit papillon de type marche-arrêt des gaz au tuyau d'admission par un papillon des gaz compressés. Le refroidisseur de compression est intégré dans le tuyau d'admission pour donner un module de refroidissement admission/compression. [0005 ] Le document DE-A-103 32 989 décrit un moteur à combustion interne, avec un turbocompresseur dans les sorties d'échappement. Le moteur a un refroidisseur d'air compressé tel un refroidisseur de type air-air intégré dans le répartiteur d'air. Le refroidisseur d'air et répartiteur d'air a des canaux d'air compressé qui intercepte des parois de guidage et des canaux d'air de refroidissement, dans une unité d'injection moulée en plastique. [0006 ] Le document US-A-5 152 144 décrit un système d'induction pour fournir de l'air compressé sous pression à un moteur à combustion interne comprenant des moyens pour recevoir ledit air compressé sous pression, des moyens de réduction de la température placés en aval et en communication avec les moyens récepteur pour réduire la température de l'air compressé sous pression. Le système comporte en outre des moyens pour transmettre ledit air compressé sous pression depuis lesdits moyens de réduction de la température placés en aval desdits moyens de réduction de la température, lesdits moyens de réduction de température comprenant une pluralité de passages pour la réduction de l'énergie thermique dudit air compressé sous pression. Le système comprend également des moyens de contrôle pour réduire sélectivement le nombre de ladite pluralité de passages pour recevoir ledit air compressé sous pression pour augmenter l'énergie thermique dudit air compressé sous pression en provoquant l'arrivée dudit air compressé sous pression au moteur à combustion interne avec une température augmentée tout en réduisant la pression de l'air compressé arrivant au moteur à combustion interne. Lesdits moyens de contrôle sont placés, en fonctionnement, pour réduire ou éliminer la circulation de l'air sous pression à travers sensiblement plus de la moitié de ladite pluralité de passages. [0007] Le document EP-A-1 144 821 décrit un agencement, sur un moteur à combustion interne, comprenant un turbocompresseur de suralimentation, pour la compression de l'air de combustion délivré audit moteur thermique, et des moyens de refroidissement pour refroidir l'air de combustion ayant été comprimé, à l'aide d'un échangeur de chaleur incluant des éléments tubulaires, à travers lesquels s'écoule un fluide de refroidissement et qui sont mis en contact de façon externe avec l'air de combustion comprimé, dans lequel des orifices d'admission de cylindre du moteur thermique sont reliés directement à des ouvertures de sortie allouées à des orifices d'admission respectifs, dans lequel lesdites ouvertures de sortie sont formées dans un carter, communiquant avec le turbocompresseur de suralimentation et formant une chambre de distribution pour l'air de combustion comprimé, et dans lesquelles les éléments tubulaires situés dans ledit échangeur de chaleur sont montés à l'avant d'au moins la partie principale des ouvertures de sortie, sachant que l'air de combustion comprimé s'écoule transversalement aux ouvertures de sortie. Les éléments tubulaires de l'échangeur de chaleur sont logés dans des boîtiers cylindriques comprenant des fentes s'étendant longitudinalement et qui forment, d'un tout avec ledit carter, une paroi de subdivision interrompue uniquement par les fentes, à travers lesquelles l'air de combustion comprimé doit passer dans les espaces existant entre les éléments tubulaires et le boîtier et sortir par lesdits espaces, en une direction allant vers les ouvertures de sortie ménagées dans ledit carter. [0008 Le document FR-A-2 645 209 décrit un dispositif compact échangeur thermique-répartiteur pour un fluide gazeux destiné à l'alimentation d'un moteur thermique notamment compressé. Le dispositif comprend un boîtier qui délimite une enceinte destinée à être divisée entre deux caissons distincts qui sont l'un pour l'admission et l'autre pour l'évacuation du fluide gazeux. Le boîtier est muni éventuellement d'une ouverture permettant d'accéder à cette enceinte, de tubulures débouchant les unes dans le caisson d'admission pour recevoir du fluide gazeux et les autres dans le caisson d'évacuation pour répartir le fluide gazeux qui en sort, d'un embout débouchant dans le caisson d'évacuation ainsi que de glissières de guidage et de positionnement disposées dans cette enceinte de manière à en permettre la division en ces deux caissons. Le boîtier comporte en outre un échangeur avec un corps de radiateur qui est destiné à recevoir un joint sur au moins une partie de sa périphérie et qui est équipé de portées et d'une façade qui est traversée par des canalisations. L'échangeur est placé dans ce boîtier de manière que ces portées et glissières coopèrent pour que ce corps de radiateur soit logé dans cette enceinte et la divise en ses deux caissons, ce joint assure s'il a lieu l'étanchéité relative entre ces deux caissons, et cette façade coopère avec cette ouverture afin que ces canalisations sortent de l'enceinte à l'extérieur de ce boîtier. [0009 ] Le document DE-A-42 02 077 décrit un refroidisseur d'air suralimenté qui est intégré dans le collecteur d'admission du répartiteur. Un agent de refroidissement liquide coule à travers le refroidisseur d'air. Une face du répartiteur d'admission est ouverte dans lequel le refroidisseur d'air terminé par une bride de répartition est inséré. L'entrée d'air du répartiteur d'admission et les sorties d'air à l'individu vers des connexions de tuyaux individuels sont situées de part et d'autre du refroidisseur d'air. [0o10 ] Mais, les dispositifs décrits dans les documents précédemment cités sont complexes à mettre en oeuvre. [0011 ] Il existe donc un besoin pour un dispositif de refroidissement d'air 10 suralimenté plus simple dans un moteur comprenant un turbocompresseur. [0012 ] Pour cela l'invention propose un boitier de refroidissement d'air comprenant une circulation de liquide de refroidissement dans le boitier, une entrée d'air suralimenté et un doseur d'air en sortie de boitier. [0013] Dans une variante, le liquide de refroidissement est choisi dans le groupe 15 comprenant l'eau et de l'eau avec du glycol. [0014] Dans une variante, le doseur est actionné pneumatiquement ou électriquement. [0015 ] Dans une variante, le doseur est formé par un ou plusieurs papillons. Avantageusement, ces papillons ajustent l'ouverture d'un ou plusieurs compartiments 20 du boitier, disposé(s) en sortie. [0016 ] Dans une variante, le doseur comprend une position d'obturation totale et une position d'ouverture totale de la sortie du boîtier et passe de la position d'obturation totale à la position d'ouverture totale par rotation de 90°. De préférence, le doseur est tel que l'arrêt du moteur est réalisé par passage du doseur dans la 25 position d'obturation totale. [0017 ] La présente invention a également pour objet un moteur, de préférence de type diesel, comprenant une chambre de combustion, un boitier de refroidissement tel que défini précédemment, un répartiteur d'air en entrée de la chambre de combustion, le répartiteur reliant la sortie du boîtier de refroidissement à la chambre de combustion, un turbocompresseur fournissant l'air suralimenté au boitier et une pompe fournissant le liquide de refroidissement au boitier. [0018] Dans une variante, le répartiteur d'air comprend un piquage de gaz d'échappement recyclés. [0019] L'invention a par ailleurs pour objet un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant un tel moteur. [0020 ] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - Figure 1 : une vue schématique d'un moteur de véhicule ; - Figure 2 : une vue d'un exemple de boitier de refroidissement et ; - Figure 3 : une vue d'un autre exemple de boîtier de refroidissement. [0021 ] Il est proposé un boîtier de refroidissement d'air comprenant, une circulation de liquide de refroidissement dans le boîtier, une entrée d'air suralimenté, et un doseur d'air en sortie du boîtier. [0022 ] Le boîtier permet donc d'intégrer les fonctions de refroidissement d'air suralimenté et de dosage de l'air. Ces fonctions sont ainsi intégrées au sein du même dispositif. Ceci permet de réduire les interfaces et de simplifier la répartition d'air dans un moteur de véhicule comprenant un turbocompresseur. De plus, l'espace alloué au dispositif répartiteur d'admission est diminué ce qui permet d'optimiser la masse du moteur et ainsi du véhicule. [0023 ] Le boîtier peut faire partie d'un moteur 10 de véhicule tel qu'illustré par la vue schématique de la figure 1. Le moteur 10 peut notamment être un moteur Diesel. [0024] Le moteur 10 comprend une ou plusieurs chambres 12 de combustion situées entre un collecteur 14 d'admission et un collecteur 16 d'échappement. Le collecteur 14 d'admission reçoit de l'air à introduire dans la chambre 12 de combustion. Du carburant est également injecté dans la chambre 12 de combustion généralement par une buse d'injection qui n'est pas représentée sur la figure 1. Le collecteur 14 d'admission comporte également un répartiteur 18 d'air en entrée de la chambre 12 de combustion. Le répartiteur 18 permet de répartir l'air dans chacun des cylindres du moteur 10. Le collecteur 16 d'échappement reçoit les émissions de gaz produites par la combustion et les dirige vers un catalyseur d'échappement non représenté. Le catalyseur traite les émissions produites par la combustion avant expulsion vers l'atmosphère extérieure. [0025 ] Le répartiteur 18 d'air peut également comprendre un piquage 20 de gaz d'échappement recyclés. La recirculation des gaz d'échappement (ou � Exhaust gas recirculation � EGR en anglais) est un système qui consiste à rediriger une partie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne vers l'admission. Les émissions de polluants sont réduites en présence du système de recirculation. [0026 ] Le moteur 10 comprend en outre un turbocompresseur 22 qui délivre de l'air comprimé au collecteur 14 d'admission. Le turbocompresseur 22 permet ainsi d'augmenter la densité de l'air admis au niveau de chacune des chambres 12 de combustion. Cela permet la combustion de plus de carburant ce qui augmente la puissance du moteur 10. [0027] Pour améliorer un tel effet, il est utile d'abaisser la température de l'air comprimé issu du turbocompresseur 22. Le boîtier 24 de refroidissement permet de réaliser la réduction de température de l'air comprimé. Le boîtier 24 est relié au répartiteur 18 et fait partie du collecteur 14 d'admission d'air. Dans l'exemple de la figure 1, le boîtier 24 débouche dans le répartiteur 18 ce qui permet de réduire l'encombrement. [0028 ] Les figures 2 et 3 est des vues schématiques d'un exemple de boîtier 24 de refroidissement d'air. Dans les exemples des figures 2 et 3, le boîtier 24 est de forme sensiblement rectangulaire et comprend une paroi 42 frontale, une paroi 44 arrière, deux parois 46 latérales et une paroi 48 inférieure. Les parois frontale 42 et arrière 44 sont plus grandes que les parois 46 latérales ce qui donne au boîtier 24 une forme de parallélépipède rectangle allongé. Une telle forme est illustrative et ne constitue pas une limitation du boîtier 24, d'autres formes étant envisageables. [0029 ] Le boîtier 24 comprend une circulation 26 de liquide de refroidissement. La circulation 26 permet de faire circuler du liquide de refroidissement à l'intérieur du boîtier 24. Notamment, à titre d'exemple, sur les figures 2 et 3, le liquide de refroidissement passe dans le tuyau représenté en pointillés. La forme de la circulation 26 est choisie pour optimiser le transfert thermique entre le gaz contenu dans l'intérieur du boîtier 24 et le liquide de refroidissement. La circulation 26 peut en outre comporter une entrée 28 et une sortie 30 de liquide de refroidissement. Une pompe 32 faisant partie du moteur 10 comme représenté sur la figure 1 est reliée à l'entrée 28 et la sortie 30. La pompe 32 fournit le liquide de refroidissement au boîtier 24. Le liquide de refroidissement peut être de l'eau ou de l'eau comportant un ajout de glycol pour minimiser les risques de gel. L'entrée 28 et la sortie 30 peuvent être placées sur une des parois latérales 46. Ceci a l'avantage de permettre une connexion facile de la pompe 32 au boîtier 24, l'entrée 28 et la sortie 30 étant accessible sur la même paroi 46. [0030 ] Dans une variante non représentée, la pompe 32 pourrait être fixée aux 20 parois 42, 44, 46 ou 48. De même, selon une autre configuration, cette même pompe pourrait être directement implantée à l'intérieur du boîtier 24. [0031 ] Le boîtier 24 de refroidissement comprend en outre une entrée 34 d'air suralimenté par laquelle de l'air suralimenté pénètre dans le boîtier 24. L'entrée 34 est située sur la paroi 48 inférieure dans la figure 2. L'entrée 34 est reliée au 25 turbocompresseur 22 qui fournit ainsi l'air suralimenté au boîtier 24. Le liquide de refroidissement permet alors de refroidir l'air qui passe à travers le boîtier 24 par contact thermique de l'air avec la circulation 26 de liquide de refroidissement. L'air en sortie du boîtier 24 et donc en entrée du répartiteur 18 est ainsi plus froid que l'air qui rentre dans le boîtier 24. [0032 ] Le boîtier 24 comprend également un doseur 36 d'air en sortie du boîtier 24. Le doseur 36 assure le dosage de l'air dans les chambres 12 en faisant circuler plus ou moins d'air dans les chambres 12 du moteur 10. Un doseur 36 d'air permet également de forcer l'admission des gaz d'échappement recirculés et d'accélérer la coupure du moteur 10 par fermeture brutal du moteur 10, fonction dite � étouffoir �. Le doseur 36 peut en effet interrompre la fourniture d'air au moteur 10 ce qui entraîne l'arrêt de la combustion dans la chambre 12 et donc l'arrêt du moteur 10. Selon l'exemple des figures 2 et 3, le doseur 36 est la partie supérieure du boîtier 24. [0033 ] Le boîtier 24 de refroidissement refroidit l'air suralimenté et assure la fonction doseur d'air dans le même dispositif. Les interfaces sont ainsi réduites. La réduction des interfaces permet d'éviter une perte de charge. La mise en oeuvre du refroidissement d'air dans un moteur 10 de véhicule est de ce fait simplifiée. De plus, l'espace alloué au boîtier de refroidissement peut être diminué. Ceci permet de réduire la masse du moteur 10 et ainsi du véhicule. [0034] Selon l'exemple de la figure 2, le doseur 36 est un papillon 38. Le papillon 38 comporte une partie centrale rectangulaire et deux extrémités en forme de demi-disque. Les deux demi-disques ont pour diamètre la largeur de la partie centrale rectangulaire. Le doseur 36 peut aussi être plusieurs papillons 38. Dans le cas de la figure 3, les papillons 38 sont des disques de même diamètre. Le nombre et la forme des papillons 38 peuvent être optimisés pour permettre d'assurer la fonction doseur dans le moteur 10 tout en restant simples à mettre en oeuvre. [0035 ] Le boîtier 24 peut comporter un ou plusieurs compartiments 40 en sortie. Dans le cas de la figure 2, le boîtier comprend un compartiment 40 tandis que la sortie du boîtier 24 dans l'exemple de la figure 3 a quatre compartiments 40. L'ouverture du ou des compartiments 40 est ajustée par le ou les papillons 38 respectivement. Cela permet de faire pénétrer plus ou moins d'air dans le répartiteur 18. [0036 ] Le doseur 36 comprend en outre une position d'obturation totale et une position d'ouverture totale de la sortie du boîtier 24. Selon l'exemple des figures 2 et 3, la position d'obturation totale correspond à une position dans laquelle les papillons 38 sont perpendiculaires aux parois frontale 42, arrière 44 et latérales 46 du boîtier 24. Dans la position d'ouverture totale, les papillons 38 sont parallèles aux parois 42 et 44 du boîtier 24. De ce fait, le doseur 36 passe de la position d'obturation totale à la position d'ouverture totale par rotation de 90°. Un tel passage est ainsi facile à mettre en oeuvre tout en étant fiable. [0037] La position d'obturation totale est une position permettant de réaliser la prestation d'arrêt du moteur 10 du véhicule. Le passage du doseur 36 dans la position d'obturation totale fait en effet arrêter l'arrivée d'air dans la chambre 12. Cela a pour effet d'interrompre la combustion dans le moteur 10. Le moteur 10 ne peut donc plus fonctionner et s'arrête. [0038 ] L'actionnement du doseur 36 peut être réalisé de plusieurs manières différentes. Dans le cas des papillons 38, l'actionnement du doseur 36 entraîne la rotation des papillons 38. En particulier, l'actionnement peut être pneumatique ou électrique. De tels actionnements ont l'avantage d'être faciles à mettre en oeuvre. Selon l'exemple des figures 2 et 3, l'actionnement est réalisé par un actionneur 50 placé sur la paroi 46 latérale opposée à la paroi latérale où sont situées l'entrée 28 et la sortie 30 de liquide de refroidissement. L'actionneur 50 est un actionneur électrique. Cela signifie que l'actionneur 50 envoie un signal électrique entraînant le mouvement de rotation du papillon 38. [0039 ] Dans un autre mode de réalisation, la fonction dosage d'air pourrait être réalisée, non plus par un ou une série de papillon, mais par un boisseau rotatif comportant un ou plusieurs orifices. D'autres modes d'obturation peuvent également envisagés, telle que, par exemple, une guillotine. REVENDICATIONS1. Un boîtier (24) de refroidissement d'air comprenant, - une circulation (26) de liquide de refroidissement dans le boîtier (24), - une entrée (34) d'air suralimenté, et - un doseur (36) d'air en sortie du boîtier (24). 2. Le boîtier (24) selon la revendication 1, dans lequel le liquide de refroidissement est choisi dans le groupe comprenant l'eau et de l'eau avec du glycol 3. Le boîtier (24) selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le doseur (36) 10 est actionné pneumatiquement ou électriquement. 4. Le boîtier (24) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le doseur (36) est un ou plusieurs papillons (38). 5. Le boîtier (24) selon la revendication 4, le boîtier (24) comporte un ou plusieurs compartiments (40) en sortie, l'ouverture du ou des compartiments (40) étant ajustée 15 par le ou les papillons (38) respectivement. 6. Le boîtier (24) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le doseur (36) comprend une position d'obturation totale et une position d'ouverture totale de la sortie du boîtier (24) et passe de la position d'obturation totale à la position d'ouverture totale par rotation de 90°. 20 7. Le boîtier (24) selon la revendication 6, ledit boitier (24) étant disposé à l'entrée d'un répartiteur (18) d'air admis dans un moteur (10), dans lequel l'arrêt du moteur (10) est réalisé par passage du doseur (36) dans la position d'obturation totale. 8. Moteur (10) comprenant : - une chambre (12) de combustion ; 25 - le boîtier (24) de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 7 ;- un répartiteur(18) d'air en entrée de la chambre (12) de combustion, le répartiteur (18) reliant la sortie du boîtier (24) de refroidissement à la chambre (12) de combustion ; - un turbocompresseur (22) fournissant l'air suralimenté au boîtier (24), et 5 - une pompe (32) fournissant le liquide de refroidissement au boîtier (24). 9. Le moteur (10) selon la revendication 8, dans lequel le répartiteur (18) d'air comprend un piquage (20) de gaz d'échappement recyclés. 10. Le moteur (10) selon l'une des revendications 8 à 9, le moteur (10) étant un moteur Diesel. 10 11. Véhicule comprenant le moteur (10) selon l'une des revendications 8 à 10.