Brevet FR2931209A1 — publié le 20091120

PROCEDE ET SYSTEME DE REFROIDISSEMENT D'AIR D'ADMISSION D'UN MOTEUR THERMIQUE [000l] La présente invention concerne un procédé et un système de refroidissement d'air d'admission d'un moteur thermique. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine du refroidissement de l'air d'admission des moteurs thermiques, qu'ils soient suralimentés ou non. [0003] D'une manière générale, la ligne d'admission d'un moteur thermique 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 muni d'un résonateur, un filtre à air et un répartiteur d'admission chargé de distribuer l'air admis entre les différentes chambres de combustion. [0004] Dans le cas des moteurs atmosphériques à aspiration naturelle, le filtre à air communique directement avec le répartiteur d'admission. [0005] 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. [0006] 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. Ceci est particulièrement vrai pour l'air contenu dans le col d'entrée dont la surface d'échange thermique par conduction, convexion et rayonnement est relativement grande. [000n 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 Io 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 15 les élévations de température subies par l'air d'admission. [0008] 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. 20 [0009] De nombreuses études ont été menées pour résoudre ce problème lié à un échauffement excessif de l'air d'admission dans des conditions de température extérieure élevée. [ooi o] Le brevet belge n° 1013535 décrit un dispositif dans lequel l'air de suralimentation traverse un premier refroidisseur, puis l'évaporateur d'un 25 circuit de climatisation. Cette solution présente cependant l'inconvénient d'affecter le bilan énergétique du circuit de climatisation. [0011] Le brevet américain n° 4,480,439 décrit un dispositif de refroidissement d'air de suralimentation au moyen d'un circuit de climatisation spécifique. Cette solution, impliquant un équipement supplémentaire dédié à la seule fonction de refroidissement de l'air d'admission, ne peut toutefois être valablement mise en pratique pour des raisons économiques et d'implantation. [0012] Aussi, un but de l'invention est de proposer un procédé de refroidissement d'air d'admission d'un moteur thermique dans un véhicule automobile équipé d'un circuit de climatisation, qui permettrait de réaliser un refroidissement de manière simple, bon marché et sans impact sur le circuit de io climatisation. [0013] Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit procédé consiste à refroidir l'air d'admission au moyen de condensats produits par ledit circuit de climatisation. [0014] Ainsi, on comprend que, pour refroidir l'air d'admission, le procédé 15 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 la ligne d'admission et refroidir par 20 échange thermique l'air d'admission qui y circule. [0015] Avantageusement, l'invention prévoit que lesdits condensats sont prélevés en sortie d'un évaporateur du circuit de climatisation. L'évaporateur représente en effet le point généralement le plus froid des circuits de climatisation, là où se forment une quantité significative de condensats 25 constitués par de l'eau résultant de la condensation autour de 10°C de la vapeur d'eau contenue dans l'air extérieur qui traverse l'évaporateur avant de pénétrer refroidi dans l'habitacle du véhicule. [0016] L'invention concerne également un système de refroidissement d'air d'admission circulant le long d'une ligne d'admission d'un moteur thermique dans un véhicule automobile équipé d'un circuit de climatisation, remarquable en ce que ledit système comprend des moyens de prélèvement de condensats produits par ledit circuit de climatisation, et des moyens de refroidissement disposés sur ladite ligne d'admission, aptes à refroidir l'air d'admission à partir des condensats prélevés par lesdits moyens de prélèvement. [0017] Selon un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens de prélèvement sont aptes à prélever lesdits condensats en sortie d'un évaporateur du circuit de climatisation. [0018] En particulier, lesdits moyens de prélèvement comprennent une pompe apte à faire circuler les condensats dans un conduit disposé entre une sortie d'évacuation des condensats de l'évaporateur et lesdits moyens de refroidissement. [0019] De manière à assurer un bon contact thermique entre les condensats et l'air d'admission, il est prévu par l'invention que lesdits moyens de refroidissement comprennent une enveloppe à double paroi ménagée sur au moins un composant de ladite ligne d'admission, lesdits condensats circulant à l'intérieur de ladite enveloppe. Ledit composant de la ligne d'admission est, par exemple, choisi parmi le col d'entrée d'air d'admission, le filtre à air et le répartiteur d'admission. [0020] En résumé, les avantages apportés par l'invention sont les suivants : [0021] Utilisation d'une source froide déjà existante dans le véhicule et jusque là inutilisée. [0022] Mise en oeuvre très simple avec possibilité de n'équiper que les véhicules destinés à des pays au climat particulièrement chaud. [0023] Pas de modification lourde sur la définition et le bilan énergétique de la climatisation. [0024] Exploitation d'un phénomène physique naturelle. [0025] Quantité de condensats proportionnelle à l'utilisation de la climatisation. Plus la température extérieure s'élève, plus la climatisation fonctionne et plus la formation de condensats est importante. [0026] La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0027] La figure 1 est un schéma d'un système de refroidissement d'air d'admission conforme à l'invention. [0028] Sur la figure 1 sont représentés de manière schématique les principaux composants d'un véhicule impliqués dans la mise en oeuvre de l'invention. [0029] Ces composants sont situés sous le capot du véhicule et peuvent être divisés en deux groupes, à savoir, à l'avant du tablier 1, le moteur 10 proprement dit, et, entre le tablier 1 et la planche 2 de bord, le circuit 20 de climatisation. [0030] Les éléments du moteur 10 montrés sur la figure 1 sont le carter moteur 11, ici à quatre cylindres, le radiateur 12 de refroidissement forcé du moteur et la ligne 13 d'admission d'air, généralement située dans la partie droite du moteur. Comme on peut le voir sur la figure 1, ladite ligne 13 d'admission comprend, dans l'ordre, un col 131 d'entrée d'air, un filtre 132 à air et un répartiteur 133 d'admission dont la fonction est d'alimenter en air admis les quatre chambres d'admission correspondant aux quatre cylindres du carter moteur 11. [0031] 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 compresseur d'un turbocompresseur, accompagné de son système de refroidissement de l'air comprimé en sortie, serait intercalé entre le filtre 132 à air et le répartiteur 133 d'admission. II 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 io un moteur atmosphérique s'applique de la même manière à un moteur suralimenté. [0032] Le seul élément du circuit 20 de climatisation représenté sur la figure 1 est l'évaporateur 21 chargé de refroidir le flux d'air entrant dans l'habitacle du véhicule. S'agissant d'un circuit de climatisation classique, les autres éléments 15 du circuit 20 de climatisation, comme le compresseur, le condenseur, etc., n'ont pas à être décrits davantage dans le cadre de la présente invention. On a seulement représenté la sortie 211 d'évacuation des condensats produits par l'évaporateur 21 lors du fonctionnement du circuit 20 de climatisation. Rappelons que ces condensats sont essentiellement de l'eau provenant de la 20 condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air de climatisation. [0033] 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. 25 [0034] A cet effet, est mis en place le système de refroidissement de la figure 1 qui consiste à refroidir l'air d'admission au moyen des condensats produits par le circuit 20 de climatisation, et notamment par l'évaporateur 21. Le transfert des condensats depuis la sortie 211 d'évacuation de l'évaporateur 21 vers la ligne 13 d'admission, le col 131 d'entrée et le filtre 132 à air en particulier, est représenté en traits pointillés sur la figure 1. [0035] En pratique, les condensats peuvent être prélevés de l'évaporateur 21 au moyen par exemple d'une pompe 31 de faible puissance connectée à la sortie 211 d'évacuation et destinée à faire circuler les condensats dans un conduit 32 afin de les acheminer vers des moyens de refroidissement disposés sur ligne 13 d'admission. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, ces moyens de refroidissement sont constitués par un ensemble d'enveloppes io 131a, 132a, 133a à double paroi ménagées sur les composants de la ligne 13 d'admission. Les condensats circulant à travers les différentes enveloppes peuvent alors refroidir l'air d'admission par conduction thermique avant d'être évacués vers l'extérieur du véhicule. [0036] Sur la figure 1, on peut voir que tous les composants de la ligne 15 d'admission ont été équipés d'une enveloppe à double paroi pour la circulation des condensats. II faut toutefois préciser que l'invention n'impose pas une telle exigence et qu'il suffit qu'au moins l'un de ces composants s'y conforme, notamment le col 131 d'entrée qui, comme cela a été mentionné plus haut, présente une surface d'échange thermique importante. 20 [0037] De même, il convient de signaler que les enveloppes à double paroi pourraient être remplacées par tout moyen équivalent, susceptible de permettre un contact thermique suffisant entre les condensats et l'air d'admission. 5 REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'air d'admission d'un moteur thermique dans un véhicule automobile équipé d'un circuit (20) de climatisation, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à refroidir l'air d'admission au moyen de condensats produits par ledit circuit (20) de climatisation. Io 2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel lesdits condensats sont prélevés en sortie (211) d'un évaporateur (21) du circuit (20) de climatisation. 3. Système de refroidissement d'air d'admission circulant le long d'une ligne (13) d'admission d'un moteur thermique dans un véhicule automobile équipé 15 d'un circuit (20) de climatisation, caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens (31, 32) de prélèvement de condensats produits par ledit circuit (20) de climatisation, et des moyens (131a, 132a, 133a) de refroidissement disposés sur ladite ligne (13) d'admission, aptes à refroidir l'air d'admission à partir des condensats prélevés par lesdits moyens (31, 32) de prélèvement. 20 4. Système de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens (31, 32) de prélèvement sont aptes à prélever lesdits condensats en sortie d'un évaporateur (21) du circuit (20) de climatisation. 5. Système de refroidissement selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de prélèvement comprennent une pompe (31) apte à faire circuler les 25 condensats dans un conduit (32) disposé entre une sortie (211) d'évacuationdes condensats de l'évaporateur (21) et lesdits moyens (131a, 132a, 133a) de refroidissement. 6. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel lesdits moyens de refroidissement comprennent une enveloppe (131a, 132a, 133a) à double paroi ménagée sur au moins un composant (131, 132, 133) de ladite ligne (13) d'admission, lesdits condensats circulant à l'intérieur de ladite enveloppe. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel ledit composant de la ligne d'admission est choisi parmi le col (131) d'entrée d'air d'admission, le filtre io (132) à air et le répartiteur (133) d'admission.