Brevet FR2959779A1 — publié le 20111111

Refroidisseur d'air de suralimentation, système de gestion des condensats et procédé mis en oeuvre par un tel système Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un refroidisseur d'air de suralimentation. L'invention concerne plus particulièrement la gestion des condensats produits par un tel refroidisseur. Arrière-plan technologique Les véhicules actuels, qu'ils fonctionnent avec de l'essence ou bien du gazole, comprennent généralement des moyens pour comprimer l'air destiné à être admis dans les chambres de combustion. En effet, compte tenue des exigences requises en terme de puissance dans les nouvelles motorisations, il est classique que la ligne d'admission d'air comporte un compresseur. Toutefois, l'air à tendance à se dilater en sortie de compresseur. Aussi, afin de maintenir la densité de l'air acquise en sortie de compresseur, il est nécessaire de la refroidir. C'est pourquoi il est également classique de rencontrer en aval du compresseur un échangeur de chaleur apte à refroidir l'air circulant dans le conduit d'admission. Cet échangeur de chaleur est habituellement nommé Refroidisseur Air Suralimentation (RAS). Toutefois, lors du passage de l'air comprimé dans le Refroidisseur Air Suralimentation (RAS), du fait de la détente de l'air dans le RAS, il se produit un phénomène de condensation d'eau à un débit non négligeable qui peut atteindre quelques litres d'eau par heure. Dans certaines applications, le refroidisseur d'air de suralimentation classique présente à l'exemple du document FR2921103 une boite basse où les condensats peuvent s'accumuler par gravité. Cependant, lorsque la température ambiante est très basse, les condensats accumulés peuvent geler lors de l'arrêt du véhicule. La glace ainsi formée peut alors provoquer la fissuration dans la boite basse du RAS, occasionnant des retours du véhicule pour réparation, mais aussi pouvant occasionner une casse moteur. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur. L'invention porte ainsi sur un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique comportant des moyens de stockage des condensats disposés en partie basse dudit refroidisseur pour collecter les dits condensats par gravité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage disposés dans les moyens de stockage pour pouvoir chauffer les condensats collectés directement dans les dits moyens de stockage. De préférence, les moyens de chauffage sont constitués par au moins une résistance électrique chauffante, afin de permettre une mise en chauffe rapide. Dans une variante, le refroidisseur comprend des moyens de détection de la quantité de condensats présente dans les moyens de stockage. De préférence, les moyens de détection comprennent un capteur de niveau. L'invention a aussi pour objet un système de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, qui comprend un refroidisseur d'air de suralimentation de l'invention, un estimateur de la quantité de condensats, des moyens de mesures de la température extérieure, des moyens de commande des moyens de chauffage, des moyens de mémorisation de la quantité de condensats présents dans les moyens de stockage. Cette configuration de système correspond au cas où le refroidisseur ne comprend pas de moyens de détection de la quantité de condensats, cette absence de moyens « physiques » est alors avantageusement remplacée par un estimateur, autrement dit un capteur virtuel. L'invention a aussi pour objet un système de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidisseur d'air de suralimentation de l'invention, des moyens de mesures de la température extérieure, des moyens de commande des moyens de chauffage, des moyens de mémorisation de la quantité de condensats présents dans les moyens de stockage. Cette configuration de système correspond au cas où le refroidisseur comprend des moyens de détection « physique » de la quantité de condensats. L'invention concerne aussi un procédé de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend, lorsque le moteur est en cours d'arrêt, une étape de détermination de la quantité de condensats présents dans les moyens de stockage, une étape de mémorisation de ladite quantité de condensats mis en oeuvre par un système de gestion des condensats de l'invention. De préférence, le procédé selon comprend, lors du démarrage du moteur, une étape de lecture de la quantité de condensats mémorisée, une étape de comparaison de la quantité de condensats mémorisée avec une valeur seuil. De préférence, dans le cas où la quantité de condensats mémorisée est inférieure à la valeur seuil, on autorise le démarrage du moteur. De préférence encore, dans le cas où la quantité de condensats mémorisée est supérieure à la valeur seuil, le procédé comprend : - une étape de mesure de la température extérieure, - une étape la température extérieure avec une valeur seuil de température, - une étape de mise en fonctionnement des moyens de chauffage si la température extérieure est inférieure à la valeur seuil de température, - une étape d'arrêt de fonctionnement des moyens de chauffage au-delà d'une durée. - une étape d'autorisation de démarrage du moteur suite à l'arrêt de fonctionnement des moyens de chauffage. 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 à la 20 figure unique dans laquelle : - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique comprenant un refroidisseur d'air de suralimentation et un système de gestion des condensats de l'invention. 25 Description détaillée La figure 1 montre un moteur thermique, équipé d'une ligne d'admission d'air 1 et une ligne d'échappement 2. La ligne d'admission d'air comprend successivement un filtre à air 30 3, un compresseur 4, un refroidisseur d'air de suralimentation 5, un répartiteur d'air d'admission 6 permettant de distribuer l'air admis dans les chambres de combustion 7. La ligne d'échappement 2 comprend un collecteur d'échappement 8 pour récupérer les gaz brûlés produits dans les chambres de combustion 7 destiné à envoyer de l'air comprimé en alimentation moteur, une turbine de détente 9 qui permet l'entrainement du 35 compresseur par l'intermédiaire d'un axe commun 10. Le moteur thermique présente en outre une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement (EGR HP) 11, une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement (EGR BP) 12 comportant un échangeur de chaleur 13. Ainsi le moteur thermique admet de l'air qui après passage dans le filtre à air 3 peut être mélangé au niveau de la vanne 14 avec des gaz d'échappement en provenance de la ligne d'échappement 2 et ayant transité par la boucle de recirculation basse pression 12. Le mélange d'air frais et de gaz d'échappement obtenu est ensuite comprimé par le compresseur 4. La compression entrainant un échauffement du mélange air / gaz d'échappement et donc une dilatation de celui-ci, le mélange est refroidi dans le refroidisseur d'air de suralimentation 5 avant d'être dirigé vers le répartiteur 6. Lors du passage du mélange dans le refroidisseur d'air de suralimentation 5, du fait de la détente de l'air dans ce dernier, il se produit un phénomène de condensation d'eau. Le mélange refroidi peut encore être additivé en gaz d'échappement ramenés de la ligne d'admission 1 à partir de la boucle de recirculation haute pression 11 avant d'être injecté au niveau des chambres de combustion 7. Le refroidisseur d'air de suralimentation 5 présente une entrée d'air 15 et une sortie d'air 16. Le refroidisseur d'air de suralimentation 5 comporte de plus en partie basse des moyens de stockage 17 des condensats, ces moyens de stockage peuvent se présenter sous la forme d'une boite de stockage creuse disposée au niveau inférieur du refroidisseur 5 où les condensats peuvent s'accumuler par gravité. Les condensats sont en l'occurrence essentiellement de l'eau provenant des gaz d'échappement réintroduit avec l'air d'admission, mais peuvent contenir à l'état de traces des impuretés telles que des suies. La boîte inférieure 17 est par ailleurs équipée de moyens 18 permettant de détecter la quantité S de condensats présente afin de s'assurer que l'on ne dépasse pas une valeur seuil So prédéterminée. Les moyens 18 de détection de la quantité de condensats peuvent être un capteur de niveau de condensats. Les moyens 18 de détection de la quantité de condensats pourraient aussi être un estimateur. Par estimateur on entend un moyen de détermination numérique de la quantité de condensats sur la base de modèles de calcul physiques. Dans ce cas il n'y a pas de capteur implanté dans le refroidisseur 5, l'estimateur est une fonction implantée dans un calculateur. De préférence, il est prévu des moyens de chauffage 19 disposés dans la boite de stockage 17 afin de chauffer directement les condensats au sein de la boite de stockage. De préférence encore, les moyens de chauffage comprennent au moins une résistance électrique chauffante telle qu'un filament chauffant haute efficacité pour une mise en chauffe rapide. Une telle résistance chauffante peut être intégré à la paroi de la boite, ou encore être placé dans le volume creux de la boite de stockage 17 de manière à être plongé dans les condensats. Le moteur comprend par ailleurs une unité de commande électronique 20 à laquelle sont reliés les moyens d'estimation de la quantité de condensats, les moyens de chauffage 19 et des moyens de mesures 21 de la température extérieure au moteur ou du véhicule comprenant le moteur thermique. Ainsi, l'unité de commande 20 est apte à acquérir et mémoriser le niveau S de condensats. L'unité de commande 20 est aussi apte à acquérir la température extérieure Te,t. Par ailleurs, l'unité de commande 20 est apte à piloter le fonctionnement des moyens de chauffage 19 et à traiter la procédure que nous détaillons maintenant : La procédure de l'invention dépend de trois situations de vie : 1- lorsque le moteur est en fonctionnement, 2- lorsque le moteur est sur le point de s'arrêter, par exemple suite à un ordre de coupure moteur, 3- lorsque le moteur est sur le point de démarrer, par exemple suite à un ordre de démarrage ou de redémarrage du moteur. Lors d'une phase où le moteur est tournant on ne fait rien. En effet, on considère d'une part que le gel ne peut se former pendant le roulage et d'autre part que si le niveau S de condensats est supérieur à la valeur seuil So, les condensats étant liquides, ils sont absorbés par le moteur dès lors qu'il y a une variation de débit d'air dans la ligne d'admission, due par exemple à une demande d'accélération. Ainsi le niveau de condensats dans la boite inférieure 17 se régule automatiquement pendant la phase de fonctionnement du moteur. Lors d'une phase d'arrêt du moteur, on procède aux étapes suivantes : -On lit et on mémorise le niveau S de condensat dans une mémoire 22 de l'unité de commande 20 aux instants qui précèdent l'arrêt du moteur.35 Lors d'une phase de redémarrage du moteur, on s'assure, avant la mise en route de celui-ci, d'être en dehors des conditions de risque de détérioration du refroidisseur d'air de suralimentation 5. En effet, c'est durant une phase d'arrêt moteur pendant laquelle le refroidisseur est amené à être soumis à la température extérieure Te), que réside le risque de gel des condensats. Pour ce faire, on procède aux étapes suivantes : -On lit le niveau S de condensat mémorisé dans l'unité de commande 20, -On compare le niveau S de condensat mémorisé avec la valeur seuil So, A ce niveau de la procédure, dans le cas où le niveau S de condensat est supérieur à la valeur seuil So, on procède aux étapes suivantes : -On mesure la température extérieure Te,, 15 -On compare la température extérieure Te,t avec une valeur seuil To, -On met en fonctionnement les moyens de chauffage 19 si la température extérieure Te,t est inférieure à la valeur seuil To de température. - On stoppe le fonctionnement des moyens de chauffage au-delà d'une durée t. La durée t est choisie assez courte pour ne pas pénaliser le démarrage du moteur, par 20 exemple une durée t inférieure à 10 secondes convient. Généralement, il est souhaitable de déclencher les moyens de chauffage 19 lorsque la température extérieure est inférieure à 5°C. 25 Dans le cas contraire où le niveau S de condensats est inférieur à la valeur seuil So, on procède au redémarrage du moteur, même si la température extérieure Te,t est inférieure à la valeur seuil To de température. En effet on considère qu'en deçà du seuil So de niveau de condensat, le gel de cette quantité ne détériore pas le refroidisseur d'air de suralimentation 5. 30 L'invention a pour avantage d'éviter les problèmes de fissuration du refroidisseur d'air de suralimentation, voire de casse du moteur.10 Revendications1. Refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique comportant des moyens de stockage (17) des condensats disposés en partie basse dudit refroidisseur pour collecter les dits condensats par gravité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage (19) disposés dans les moyens de stockage (17) pour pouvoir chauffer les condensats collectés directement dans les dits moyens de stockage (17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (19) sont constitués par au moins une résistance électrique chauffante. 3. Refroidisseur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (18) de détection de la quantité S de condensats présente dans les moyens de stockage (17). 4. Refroidisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (18) de détection comprennent un capteur de niveau. 5. Système de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidisseur d'air de suralimentation selon la revendication 1 ou la revendication 2, un estimateur de la quantité S de condensats, des moyens (21) de mesures de la température extérieure (Te,i), des moyens de commande (20) des moyens de chauffage (19), des moyens de mémorisation de la quantité S de condensats présents dans les moyens de stockage (17). 6. Système de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidisseur d'air de suralimentation selon la revendication 3 ou la revendication 4, des moyens (21) de mesures de la température extérieure (Text), des moyens de commande (20) des moyens de chauffage (19), des moyens de mémorisation de la quantité S de condensats présents dans les moyens de stockage (17). 7. Procédé de gestion des condensats d'un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend, lorsque le moteur est en cours d'arrêt, une étape de détermination de la quantité S de condensats présents dans les moyens de stockage (17), une étape de mémorisation de ladite quantité S de condensats mis en oeuvre par un système de gestion des condensats selon la revendication 5 ou la revendication 6. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, lors du démarrage du moteur, une étape de lecture de la quantité S de condensats mémorisée, une étape de comparaison de la quantité S de condensats mémorisée avec une valeur seuil So. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le cas où la quantité S de condensats mémorisée est inférieure à la valeur seuil So, on autorise le démarrage du moteur. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le cas où la quantité S de condensats mémorisée est supérieure à la valeur seuil So, ledit procédé comprend : - une étape de mesure de la température extérieure Te,, - une étape la température extérieure Te), avec une valeur seuil To de température, - une étape de mise en fonctionnement des moyens de chauffage si Te),