Brevet FR2941291A1 — publié le 20100723

i REFROIDISSEUR D'AIR DE SURALIMENTATION [000li La présente invention concerne un dispositif implanté dans le boitier inférieur d'un refroidisseur d'air de suralimentation afin d'en évacuer les condensats, cet échangeur étant disposé sur la ligne d'admission d'un véhicule automobile. [0002] L'invention trouve application dans le domaine général des échanges thermiques dans les moteurs de véhicules automobiles, et plus particulièrement dans la prise en compte de formation possible de glace dans les refroidisseurs d'air de suralimentation en période de grands froids. io [0003] Lors des hivers dans les pays scandinaves, par exemple, on observe dans les moteurs turbocompressés des dysfonctionnements liés à la formation de bouchons de glace dans les refroidisseurs d'air de suralimentation (RAS). En effet, la vapeur d'eau contenue dans l'air d'admission et éventuellement les gaz de carter (appelés aussi gaz de � blow-by �) réinjectés à l'admission en amont du 15 turbocompresseur se condense dans le refroidisseur RAS. Les condensats ainsi formés peuvent s'accumuler par gravité dans le boîtier inférieur du refroidisseur et former des bouchons de glace dont le volume peut être très important, au point d'obstruer partiellement ou totalement le passage de l'air de suralimentation vers les chambres de combustion. II s'ensuit une perte notable de puissance en cas 20 d'obstruction partielle ou une panne immobilisante en cas d'obstruction totale et d'absence de dispositif de court- circuit du RAS, le moteur n'étant plus alimenté en air. [0004] Les refroidisseurs RAS pour lesquels ce phénomène de gel est particulièrement sensible sont, d'une part, les refroidisseurs en U, avec entrée et 25 sortie d'air par le boîtier supérieur et passage d'une branche du U à l'autre par le boîtier inférieur et, d'autre part, les refroidisseurs en I avec sens � downflow �, c'est-à-dire avec entrée d'air chaud par le boîtier supérieur et sortie d'air froid par le boîtier inférieur. Ces refroidisseurs ont en effet l'inconvénient de superposer dans le boîtier inférieur une zone d'accumulation de condensats et un point bas de température, ce qui, dans des conditions de grand froid, à savoir une température extérieure comprise entre -10°C et -25°C pour un degré d'humidité relative de 80 à 100%, et de faibles charges moteur, crée des conditions inévitables d'apparition de glace dans le refroidisseur. [0005] Une solution pour résoudre cette difficulté consiste à faire fondre la glace formée et évacuer le condensat liquide obtenu. [0006] Cependant, les dispositifs d'évacuation de condensats existants ne sont pas appropriés à cette utilisation particulière à des condensats liquides résultant de la fusion de bouchons de glace formés dans le refroidisseur, la quantité de io condensats à évacuer, essentiellement de l'eau, étant particulièrement importante. [0007] Les dispositifs d'évacuation connus sont souvent équipés de conduits prélevant les condensats dans le boîtier inférieur du refroidisseur pour les réinjecter dans la ligne d'admission vers les chambres de combustion. Si, dans une utilisation du véhicule dans des climats tempérés, cette configuration est 15 acceptable, elle peut toutefois présenter l'inconvénient d'introduire dans le moteur une quantité d'eau importante, avec le risque de casse qui en résulte, lorsqu'il s'agit de condensats provenant de la fusion � brutale � de bouchons de glace conséquents formés dans le refroidisseur RAS. [0008] Aussi, un but de l'invention est de proposer un refroidisseur d'air de 20 suralimentation d'un moteur à combustion interne, comportant un boitier muni de moyens d'évacuation de condensats formés dans le boîtier, par exemple disposé sur la ligne d'admission d'un véhicule automobile, qui serait mieux adapté que les dispositifs connus au problème d'évacuation de condensats constitués de liquides résultant de la fusion de glace dans le boîtier. 25 [0009] Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit dispositif comprend : - un orifice d'évacuation ménagé dans ledit boîtier, destiné à évacuer lesdits condensats hors de ladite ligne d'admission, - un clapet mobile apte à obturer ledit orifice d'évacuation, - des moyens de fermeture de l'orifice d'évacuation, aptes à appliquer ledit clapet contre ledit orifice d'évacuation, en position nominale du clapet, - des moyens d'ouverture de l'orifice d'évacuation, aptes à dégager ledit clapet dudit orifice d'évacuation, - des moyens de commande desdits moyens d'ouverture. [oo10] Ainsi, en cas de formation d'un bouchon de glace dans le boîtier du refroidisseur RAS, des moyens destinés à faire fondre le bouchon sont déclenchés, ce qui a pour effet de constituer dans le boîtier un volume de condensats liquides pouvant être très important. Lesdits moyens de commande io sont alors activés de manière à provoquer l'ouverture de l'orifice d'évacuation en dégageant le clapet mobile de sa position nominale de fermeture. Les condensats liquides sont alors évacués hors de la ligne d'admission, par exemple à l'extérieur du véhicule, évitant ainsi le risque de casse moteur due à une trop grande quantité de liquide qui serait introduite d'un seul coup dans les chambres de combustion. 15 [0011] On remarquera d'autre part qu'en position nominale l'orifice d'évacuation est en permanence obturé par le clapet mobile, celui-ci ne se dégageant que lorsque l'évacuation est commandée. Cette caractéristique présente l'avantage, par rapport à des dispositifs connus dont la position par défaut est la position ouverte, de fiabiliser le fonctionnement du turbocompresseur en évitant une 20 correction conduisant à un sur-régime destiné à compenser la fuite d'air de suralimentation à travers l'orifice d'évacuation en position ouverte. [0012] Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de commande comprennent un détecteur de présence d'eau. Ainsi, après fusion de la glace en eau, les moyens de commande d'ouverture de l'orifice d'évacuation sont activés 25 sur détection de présence d'eau dans le boîtier. L'évacuation de l'eau peut alors avoir lieu. [0013] Avantageusement, lesdits moyens de fermeture de l'orifice d'évacuation sont des moyens élastiques appliqués audit clapet mobile, lesdits moyens de commande étant aptes à commander lesdits moyens d'ouverture de l'orifice 30 d'évacuation contre lesdits moyens élastiques. On obtient ainsi un dispositif d'évacuation fonctionnant à la manière d'une soupape. En particulier, lesdits moyens élastiques comprennent un ressort de rappel. [0014] La fusion de la glace contenue dans le boîtier du refroidisseur RAS peut être réalisée par des moyens déjà existants à bord du véhicule. On peut citer par exemple une résistance chauffante alimentée par le courant secteur de 220 V ou encore un système de récupération de chaleur produite par un réchauffeur d'eau du véhicule. [0015] Cependant, on peut également envisager que le dispositif d'évacuation selon l'invention incorpore un dispositif de fusion de glace formée par gel des condensats dans ledit boîtier. Dans ce cas, la fusion de la glace et l'évacuation du liquide résultant de cette fusion sont assurées par un composant unique. [0016] Dans cet exemple de réalisation, il est notamment prévu par l'invention que ledit dispositif de fusion comporte des moyens de chauffage par effet Joule. En particulier, lesdits moyens de chauffage par effet Joule comprennent des fils conducteurs intégrés audit ressort de rappel. [0017] Enfin, le dispositif d'évacuation selon l'invention comportant des moyens d'activation dudit dispositif de fusion de glace, il est proposé plusieurs stratégies de déclenchement desdits moyens d'activation. [0018] Selon une première stratégie, lesdits moyens d'activation sont déclenchés sur détection de formation de glace. [0019 Dans le cadre de cette première stratégie, dite � ad hoc �, ladite détection de formation de glace est réalisée par mesure de la perte de charge d'air de suralimentation à travers ledit refroidisseur. On observera que ce mode de détection est rendu possible du fait que la position nominale du clapet mobile est la position fermant l'orifice d'évacuation. Dans le cas contraire, la mesure de la perte de charge serait altérée par la fuite créée par l'orifice d'évacuation en position ouverte. [0020] Selon une deuxième stratégie, lesdits moyens d'activation sont déclenchés préalablement à la formation de glace. Il s'agit donc d'une stratégie préventive qui vise à anticiper des dysfonctionnements qui seraient dus la formation d'un bouchon de glace dans le refroidisseur RAS. [0021] Selon un premier mode de mise en oeuvre de cette deuxième stratégie, les moyens d'activation sont déclenchés à une fréquence prédéterminée. Cette fréquence est estimée une fois pour toutes, par exemple tous les x kilomètres parcourus, en fonction du véhicule, des conditions d'utilisation, des conditions climatiques moyennes, etc. [0022] Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, les moyens d'activation sont déclenchés à une fréquence variable calculée par cartographie à partir des conditions météorologiques et du profil d'utilisation du véhicule. [0023] La fréquence de déclenchement est donc estimée par programmation du calculateur de bord en fonction des conditions météorologiques enregistrées par ailleurs impliquant notamment la température extérieure, le degré d'humidité, ainsi que du profil d'utilisation du véhicule au sens où le phénomène de gel des condensats n'apparaît pas au même moment selon les situations de vie du véhicule. Par exemple, un roulage à plat à vitesse modérée en rase campagne par temps de neige et vent froid favorise beaucoup plus la formation de glace qu'un roulage en ville. [0024] Selon un troisième mode de mise en oeuvre, les moyens d'activation sont déclenchés avant démarrage du véhicule, par exemple en branchant des moyens de chauffage par effet Joule sur une source de courant secteur 220 V avant d'utiliser le véhicule, soit systématiquement pendant la nuit soit par programmation. [0025] Selon un quatrième mode de mise en oeuvre, les moyens d'activation sont déclenchés après arrêt du véhicule. On utilise dans ce cas le fait que le moteur est encore chaud pour faire fondre la glace, puis on active le dispositif d'évacuation des condensats liquides formés avant qu'ils ne gèlent suite à l'arrêt du véhicule. [0026] Une troisième stratégie est également possible, celle qui consiste à déclencher de manière curative les moyens d'activation afin de traiter une situation de panne consécutive à un gel dans le refroidisseur RAS. Dans ce cas, l'activation est effectuée par l'automobiliste lui-même ou le service après-vente. [0027] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. [0028] La figure 1 est une vue de côté d'un refroidisseur d'air de suralimentation en U équipé d'un dispositif d'évacuation de condensats conforme à l'invention. [0029] La figure 2 est une vue de côté du dispositif d'évacuation de condensats de la figure 1. io [0030] La figure 3 est un schéma d'un dispositif de fusion de glace apte à être couplé au dispositif d'évacuation de la figure 2. [0031] La figure 4 est une vue de côté du dispositif d'évacuation de la figure 2 équipé d'un dispositif de fusion de glace intégré. [0032] Sur la figure 1 est représenté en vue de côté un refroidisseur 10 d'air de 15 suralimentation RAS disposé sur une ligne d'admission d'un véhicule automobile. Ce refroidisseur 10 est dans le cas ici représenté du type en U (mais, d'autres types notamment en I, sont également possibles) présente à ce titre deux faisceaux 13, 14 d'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et l'air de suralimentation à refroidir. Un premier faisceau 13 relie une boîte 111 d'entrée 20 d'air ménagée dans un boîtier supérieur 11 du refroidisseur à un boîtier inférieur 12, tandis que le deuxième faisceau 14 relie le boîtier inférieur 12 à une boîte 112 de sortie également ménagée dans le boîtier supérieur 11. Ainsi, l'air de suralimentation est refroidi une première fois à la traversée du premier faisceau 13 et une deuxième fois à la traversée du deuxième faisceau 14 en passant par le 25 boîtier inférieur 12. [0033] Les faisceaux d'échange de chaleur sont généralement constitués de tubes métalliques parallèles 15, le plus souvent en aluminium, dans lesquels circule l'air de suralimentation. Ces tubes sont brasés à des ailettes 16, également en aluminium, refroidies par le flux de fluide réfrigérant, air ou eau glycolée par exemple. La conduction thermique entre les ailettes 16 et la paroi des tubes 15 assure le refroidissement de l'air de suralimentation circulant dans les tubes. [0034] Lorsqu'il traverse les faisceaux d'échange de chaleur, l'air de suralimentation se refroidit progressivement, ce qui provoque la condensation à l'intérieur des tubes 15 de la vapeur d'eau provenant de l'air extérieur pénétrant dans la ligne d'admission et, éventuellement, des gaz de carter réinjectés à l'admission en amont du turbocompresseur. [0035] Dans les situations de vies sévères en pays grand froid déjà citées précédemment, du fait d'effets conjugués de températures de paroi des tubes très io basses et de pression partielle de l'eau dans le RAS supérieure à la pression partielle saturante, l'eau se condense et gèle directement au contact des tubes et turbulateurs aluminium, puis migre de façon différée par gravité après fusion résultant, soit d'un apport de calorie lors de roulage aux conditions suffisantes pour ce faire, mais insuffisante pour pouvoir réaspirer ces condensats, soit suite au 15 réchauffement consécutif au stationnement en parking � chaud �. L'eau liquide sur les parois des tubes 15 peut alors s'accumuler par gravité dans le boîtier inférieur 12, puis geler massivement au roulage ou même à l'arrêt en cas de conditions climatiques grands froids. Les condensats ainsi gelés et accumulés forment un bouchon de glace plus ou moins volumineux qui limite voire annule le débit d'air de 20 suralimentation vers le moteur. Il en résulte soit une perte de puissance soit l'arrêt du moteur et l'immobilisation du véhicule. [0036] Afin d'éviter ces inconvénients, le refroidisseur RAS 10 de la figure 1 comprend, à l'intérieur du boîtier inférieur 12, un dispositif 20 d'évacuation de condensats que l'on va maintenant décrire en détail en référence à la figure 2. 25 [0037] Ce dispositif 20 est destiné à évacuer les condensats liquides qui se forment après qu'un bouchon de glace ait été fondu par un dispositif de fusion qui sera décrit plus loin. [0038] Comme le montre la figure 2, le dispositif 20 d'évacuation comprend un orifice 21 ménagé dans le fond 12a du boîtier inférieur 12, destiné à évacuer hors 30 de la ligne d'admission du moteur les condensats formés. L'évacuation de ces condensats peut être effectuée à l'extérieur du véhicule ou par récupération dans un réceptacle approprié. [0039] Un clapet mobile 22 permet d'ouvrir l'orifice 21 de manière à évacuer les condensats contenus dans le boîtier inférieur 12 lorsque cela est nécessaire, et de refermer l'orifice 21 à l'issue d'une opération d'évacuation, étant entendu que le clapet mobile 22 est maintenu fermé en position nominale. [0040] A cet effet, le dispositif 20 comprend des moyens de fermeture de l'orifice 21 d'évacuation aptes à appliquer en permanence le clapet mobile 22 contre l'orifice 21. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, ces moyens de fermeture io sont des moyens élastiques constitués essentiellement par un ressort 23 de rappel précontraint prenant appui contre une paroi supérieure 24a d'un logement 24 du dispositif 20 et appliquant le clapet mobile 22 contre le fond 12a du boîtier inférieur 12 formant la paroi inférieure du logement 24. [0041] On peut voir sur la figure 2 que le logement 24 du dispositif d'évacuation 15 est pourvu d'ouvertures 28 permettant la circulation des condensats vers l'orifice 21 d'évacuation. Ce logement 24 est réalisé de préférence en aluminium. Il est soudé au fond 12a du boîtier 12 si ce dernier est également en aluminium, ou vissé si le boîtier 12 est en matière plastique. [0042] Le dispositif 20 comprend également des moyens d'ouverture de l'orifice 20 21 d'évacuation aptes à dégager le clapet mobile 22 de l'orifice 21 lorsque des condensats doivent être évacués. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, ces moyens d'ouverture comprennent une tige 25 portant le clapet 22 et un actionneur 26 disposé dans un capot étanche 24b du logement 24 et apte à manoeuvrer la tige 25 contre l'effort exercé par le ressort 23. 25 [0043] L'actionneur 26 peut être un moteur électrique couplé à une tige 25 portant un filetage. Lorsque l'ouverture de l'orifice 21 d'évacuation est demandée, le moteur 26 est activé par des moyens de commande de manière à remonter la tige filetée 25 et dégager le clapet mobile 22. Pour replacer le clapet 22 dans sa position nominale de fermeture, le moteur 26 est coupé, la tige 25 est débrayée et ramenée par le ressort 23 de rappel dans sa position initiale, de sorte à appliquer à nouveau le clapet 22 contre l'orifice 21 d'évacuation. [0044] L'actionneur 26 peut être également une bobine apte à entraîner par induction une tige 25 au moins partiellement magnétisée. [0045] Les moyens de commande de l'actionneur 26 comprennent par exemple un détecteur de présence d'eau (non représenté) constitué par deux conducteurs placés dans le boîtier inférieur 12. Ces conducteurs sont soumis à une différence de potentiel de sorte qu'en présence d'eau le circuit électrique est fermé et fournit un courant électrique dont la détection provoque l'activation des moyens de io commande, tel que l'actionneur 26. [0046] Comme cela a été mentionné plus haut, le dispositif 20 de la figure 2 est prévu pour évacuer les condensats constitués par la fusion de bouchons de glace formés dans le boîtier inférieur 12 du refroidisseur RAS 10 par grands froids. [0047] Un dispositif de fusion de glace pouvant être couplé au dispositif 20 15 d'évacuation de condensats est montré sur la figure 3. Il s'agit de récupérer et d'acheminer vers le boîtier inférieur 12 du refroidisseur 10 au moins une partie de la chaleur fournie par les gaz d'échappement produits à environ 300 à 350°C par la chaudière programmable 30 d'un réchauffeur d'eau du circuit moteur et habitacle. Pour cela, une vanne 31 est installée sur le circuit d'évacuation des gaz 20 d'échappement existant, de manière à détourner une partie de ces gaz vers le boîtier inférieur 12 et faire fondre le bouchon de glace qui s'y trouve. [0048] Une autre solution est d'incorporer directement au dispositif 20 d'évacuation un dispositif de fusion de glace formée par gel des condensats dans le boîtier 12. 25 [0049] Dans l'exemple de mise en oeuvre de la figure 4, le dispositif de fusion comporte des moyens de chauffage par effet Joule, et plus spécialement un fil conducteur 17 intégré au ressort 23 de rappel du dispositif 20 d'évacuation de condensats. [0050] Le dispositif de fusion de glace est commandé par des moyens d'activation qui sont le plus souvent constitués par un circuit d'alimentation électrique des moyens de chauffage par effet Joule, comme le fil conducteur 17 de la figure 4, le courant pouvant être fourni par la batterie du véhicule ou par le secteur 220 V. [0051] Les moyens d'activation de fusion de glace peuvent être déclenchés selon plusieurs stratégies qui ont été présentées plus haut. On rappellera seulement la stratégie dite � ad hoc � qui consiste à déclencher les moyens d'activation dès que la perte de charge dans la ligne d'admission introduite par un bouchon de glace dans le boîtier inférieur 12 du refroidisseur RAS 10 est supérieure à un seuil donné. L'intérêt de cette stratégie est qu'elle met en oeuvre des capteurs de pression déjà existants. REVENDICATIONS1. Refroidisseur (10) d'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne comportant un boîtier (12) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'évacuation de condensats formés dans le boitier (12), comportant un orifice (21) d'évacuation ménagé dans ledit boîtier (12), destiné à évacuer lesdits condensats hors de ladite ligne d'admission, un clapet mobile (22) apte à obturer ledit orifice (21) d'évacuation, des moyens (23) de fermeture de l'orifice (21) d'évacuation, aptes à appliquer ledit clapet (22) contre ledit orifice d'évacuation, en position io nominale du clapet, des moyens (25, 26) d'ouverture de l'orifice (21) d'évacuation, aptes à dégager ledit clapet (22) dudit orifice d'évacuation, et des moyens de commande desdits moyens (25, 26) d'ouverture. 2. Refroidisseur selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de commande comprennent un détecteur de présence d'eau. 15 3. Refroidisseur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens de fermeture de l'orifice d'évacuation sont des moyens élastiques appliqués (23) audit clapet mobile (22), lesdits moyens de commande étant aptes à commander lesdits moyens (25, 26) d'ouverture de l'orifice (21) d'évacuation contre lesdits moyens élastiques (23). 20 4. Refroidisseur selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens élastiques comprennent un ressort (23) de rappel. 5. Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens d'ouverture de l'orifice (21) d'évacuation comprennent une tige (25) portant ledit clapet mobile (22) et un actionneur (26) apte à manoeuvrer ladite tige. 25 6. Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, incorporant un dispositif (17 ; 30, 31) de fusion de glace formée par gel des condensats dans ledit boîtier (12). 7. Refroidisseur selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de fusion comporte des moyens (17) de chauffage par effet Joule. 8. Refroidisseur selon les revendications 4 et 7, dans lequel lesdits moyens de chauffage par effet Joule comprennent des fils conducteurs (17) intégrés audit 5 ressort (23) de rappel. 9. Refroidisseur selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif de fusion comprend un système (30, 31) de récupération de chaleur produite par un réchauffeur d'eau du véhicule. 10. Refroidisseur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, comportant des io moyens d'activation dudit dispositif de fusion de glace. 11. Refroidisseur selon la revendication 10, dans lequel lesdits moyens d'activation sont déclenchés sur détection de formation de glace par mesure de la perte de charge d'air de suralimentation à travers ledit refroidisseur (10). 12. Refroidisseur selon la revendication 10, dans lequel lesdits moyens 15 d'activation sont déclenchés préalablement à la formation de glace. 13. Refroidisseur selon la revendication 12, dans lequel les moyens d'activation sont déclenchés à une fréquence prédéterminée ou à une fréquence variable calculée par cartographie à partir des conditions météorologiques et du profil d'utilisation du véhicule. 20