Brevet FR2980524A1 — publié le 20130329

DISPOSITIF DE SURALIMENTATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE pool ] L'invention concerne un dispositif de suralimentation d'un moteur à combustion interne. La suralimentation consiste à augmenter la pression d'air au 5 niveau de l'admission en comburant dans des chambres de combustion du moteur. Cette augmentation de pression permet d'augmenter la quantité d'air admise et donc d'augmenter le rendement volumétrique du moteur. [0002] Pour augmenter la pression d'air on utilise un compresseur d'air qui peut être actionné par une turbine entrainée par des gaz d'échappement du moteur. 10 L'augmentation de pression d'air conduit nécessairement à une augmentation de température de l'air. Pour une pression donnée en sortie du compresseur, une même quantité d'air occupe un volume qui augmente lorsque la température augmente. Il est donc utile de refroidir l'air sortant du compresseur afin d'admettre une plus grande quantité d'air dans les chambres de combustion du moteur. A cet effet, il est connu de 15 placer un échangeur entre le compresseur et le dispositif d'admission dans les chambres de combustion afin de refroidir l'air comprimé. Cet échangeur peut évacuer de la chaleur vers de l'air ambiant. Ce type d'échangeur est appelé échangeur air/air en relation avec la nature des deux fluides qui le traverse et qui peuvent s'échanger de la chaleur au travers d'une paroi étanche au fluide. Alternativement, l'échangeur 20 peut être de type air/eau. Il permet alors un échange de chaleur entre l'air comprimé sortant du compresseur et le circuit de refroidissement à eau habituellement mis en oeuvre pour refroidir un bloc moteur dans lequel sont situées les chambres de combustion. [0003] Le refroidissement de l'air comprimé au moyen d'un échangeur d'un des deux 25 types air/air ou air/eau permet un fonctionnement correct dans des conditions déterminées précises, notamment des conditions de température et de pression. Dès que l'on s'éloigne de ces conditions, le fonctionnement du dispositif de suralimentation ne devient plus optimal et le rendement du moteur se dégrade. Par exemple, le fonctionnement d'un échangeur air/air dépend de la température de l'air 30 ambiant. Plus cette température augmente, moins le refroidissement de l'air comprimé est efficace. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'un refroidissement air/eau utilisant le circuit de refroidissement du moteur peut entrainer un chargement excessif de ce circuit qui peut aller jusqu'à une ébullition de l'eau de refroidissement. On trouve dans de nombreux véhicules automobiles un circuit de climatisation de l'habitacle. Ce circuit comprend un condenseur qui peut être disposé au voisinage d'un radiateur utilisé pour évacuer la chaleur du circuit de refroidissement à eau du moteur. Plus précisément un ventilateur génère une circulation d'air ambiant dans le radiateur et dans le condenseur, tous deux disposés en série dans cette circulation forcée d'air ambiant. Une ébullition ou une surcharge dans le circuit de refroidissement à eau a donc des répercutions sur la climatisation de l'habitacle du véhicule. [0004] L'invention vise à améliorer le fonctionnement d'un dispositif de suralimentation en permettant de tirer profit de points de fonctionnements optimums différents obtenus par un refroidissement air/air et par un refroidissement air/eau. [0005] A cet effet, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne comprenant au moins une chambre de combustion et un dispositif de suralimentation en air de combustion, le dispositif permettant de comprimer de l'air ambiant en vue de son admission dans la ou les chambres de combustion, le dispositif comprenant un compresseur d'air, deux échangeurs et un doseur, le compresseur prélevant de l'air ambiant et délivrant de l'air comprimé au doseur par l'intermédiaire des échangeurs permettant de refroidir l'air comprimé, le doseur permettant de réguler l'admission d'air comprimé vers la ou les chambres de combustion, caractérisé en ce que le premier des deux échangeurs assure un échange thermique entre l'air comprimé et de l'eau et en ce que le second des deux échangeurs assure un échange thermique entre l'air comprimé et de l'air qui peut être de l'air ambiant. [0006] Avantageusement, les deux échangeurs sont disposés en parallèle sur un circuit d'air comprimé reliant le compresseur au doseur. [0007] Le dispositif de suralimentation peut comprendre en outre des moyens de régulation de débit d'air comprimé circulant dans l'un des échangeurs et avantageusement dans le premier des deux échangeurs. [0oos] Avantageusement, l'eau circulant dans le premier échangeur permet également le refroidissement d'un bloc moteur dans lequel sont situées la ou les chambres de combustion. [0009] Avantageusement, le compresseur est actionné par une turbine entrainée par 5 des gaz d'échappement issus de la ou des chambres de combustion. [cm cl L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne 10 conforme à l'invention et disposant d'un dispositif de suralimentation. pou ] La figure 1 représente moteur à combustion interne 10 qui peut être mis en oeuvre dans un véhicule automobile. Il est bien entendu que l'invention peut être mise en oeuvre dans des moteurs à combustion interne utilisés à poste fixe. [0012] Le moteur 10 comprend un bloc moteur 11 dans lequel quatre chambres de 15 combustions 12 sont disposées en ligne. Le nombre de chambres de combustion ainsi que leur disposition sont ici donnés à titre d'exemple et l'invention peut être mise en oeuvre quelque soit ce nombre et quelle que soit la disposition des chambres. Le moteur 10 comprend en outre un dispositif de suralimentation 13 en air de combustion. Plus précisément, dans les chambres de combustion 12 est brulé un 20 mélange de combustible et de comburant formé par de l'air dont la pression est supérieure à la pression atmosphérique. Autrement dit, le dispositif de suralimentation 13 permet de comprimer de l'air ambiant en vue de son admission dans la ou les chambres de combustion 12. Le dispositif de suralimentation 13 comprend un compresseur d'air 14, deux échangeurs 15 et 16 ainsi qu'un doseur 17. Le 25 compresseur 14 prélève de l'air ambiant 18 et délivre de l'air comprimé au doseur 17 par l'intermédiaire des échangeurs 15 et 16 qui permettent de refroidir l'air comprimé. Le doseur 17 permet de réguler l'admission d'air comprimé vers les chambres de combustion 12. Selon l'invention l'échangeur 15 est un échangeur air/eau et l'échangeur 16 est un échangeur air/air. L'échangeur 15 assure un échange 30 thermique entre l'air comprimé issue du compresseur 14 et de l'eau. Le moteur à combustion interne comprend généralement un circuit de refroidissement à eau 19 permettant de refroidir le bloc moteur 11. Le circuit de refroidissement 19 permet notamment d'évacuer la part de l'énergie thermique générée lors de la combustion et non transformée en énergie mécanique. Avantageusement, on utilise l'eau du circuit de refroidissement 19 du bloc moteur 11 dans l'échangeur air/eau 15. L'échangeur air/air 16 assure quant à lui un échange thermique entre l'air comprimé issu du compresseur 14 et de l'air qui est avantageusement de l'air ambiant 18. [0013] Le dispositif de suralimentation 13 comprend plusieurs canalisations formant un circuit d'air comprimé reliant le compresseur 14 au doseur 17. Une canalisation 20 relie le compresseur 14 à une dérivation 21 d'où partent deux canalisations 22 et 23 aboutissant respectivement à l'échangeur air/eau 15 et à l'échangeur air/air 16. Une canalisation 24 conduit l'air comprimé sortant de l'échangeur air/eau 15 vers une dérivation 25. Une canalisation 26 conduit l'air comprimé sortant de l'échangeur air/air 16 vers la dérivation 25 qui collecte l'air comprimé issu des deux échangeurs 15 et 16 pour le conduire vers le doseur 17. En d'autres termes, les deux échangeurs 15 et 16 sont disposés en parallèle sur le circuit d'air comprimé. Cette disposition en parallèle permet d'utiliser les deux types de refroidissement à air et à eau sans toute fois surcharger excessivement le circuit de refroidissement à eau 19 dans lequel n'est transféré qu'une partie seulement de la chaleur prélevé dans l'air comprimé. [0014] Il est possible de standardiser les deux échangeurs 16 et 17 pour différents types de moteurs. A cet effet, ou pourra utiliser tout type canalisations rigide ou souple. Les canalisations souples, par exemple en caoutchouc, permettent une plus grande souplesse dans le positionnement des différents composants du dispositif de suralimentation 13. [0015] Avantageusement, le dispositif de suralimentation 13 comprend en outre des moyens 27 de régulation de débit d'air comprimé circulant dans l'un des échangeurs, par exemple l'échangeur air/eau 15. Les moyens 27 sont par exemple formés d'une électrovanne de type proportionnelle pilotée par un calculateur 28. Il est bien entendu possible de mettre en oeuvre une électrovanne de type tout ou rien pour simplifier son pilotage. Cette électrovanne est montée en coupure de la canalisation 22 et permet de réduire le débit d'air comprimé dans cette canalisation. On peut ainsi moduler l'impact thermique de l'échangeur air/eau 15 sur le circuit de refroidissement 19. [0016] De nombreux paramètres peuvent être utilisés pour piloter les moyens 27, tel que la température d'eau du circuit de refroidissement 19, la température et la pression de l'air ambiant 18, le régime et le couple moteur, différents paramètres du compresseur 14 tes que la pression d'air comprimé et la vitesse de rotation. Ces paramètres ne sont donnés qu'à titre d'exemple et le calculateur 28 pourra déterminer la commande des moyens 27 à l'aide d'une loi stockée dans une mémoire du calculateur 28. La loi de pilotage peut être déterminée de façon empirique au moyen d'essais réalisé sur le moteur dans son environnement et tenir compte notamment de la performance du dispositif de suralimentation 13 et de fonctions de contrainte telle que la consommation en carburant du moteur 10, le niveau acoustique du dispositif de suralimentation 13, les performances thermiques d'un système de climatisation de l'habitacle d'un véhicule équipé du moteur 10. [0017] Le compresseur 14 peut être actionné mécaniquement par un moteur électrique ou directement par le moteur. On peut aussi actionner le compresseur 14 au moyen d'une turbine 29 entrainée par des gaz d'échappement issus des chambres de combustion 12. L'ensemble formé par le compresseur 14 et la turbine 29 forme alors un turbocompresseur. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne (10) comprenant au moins une chambre de combustion (12) et un dispositif de suralimentation (13) en air de combustion, le dispositif permettant de comprimer de l'air ambiant (18) en vue de son admission dans la ou les chambres de combustion (12), le dispositif comprenant un compresseur d'air (14), deux échangeurs (15, 16) et un doseur (17), le compresseur (14) prélevant de l'air ambiant (18) et délivrant de l'air comprimé au doseur (17) par l'intermédiaire des échangeurs (15, 16) permettant de refroidir l'air comprimé, le doseur (17) permettant de réguler l'admission d'air comprimé vers la ou les chambres de combustion (12), caractérisé en ce que le premier des deux échangeurs (15) assure un échange thermique entre l'air comprimé et de l'eau et en ce que le second des deux échangeurs (16) assure un échange thermique entre l'air comprimé et de l'air. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux échangeurs (15, 16) sont disposés en parallèle sur un circuit d'air comprimé reliant le compresseur (14) au doseur (17). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de suralimentation (13) comprend en outre des moyens (27) de régulation de débit d'air comprimé circulant dans l'un des échangeurs (15). 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (27) de régulation régulent le débit d'air comprimé circulant dans le premier des deux échangeurs (15). 5. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'eau circulant dans le premier échangeur (15) permet également le refroidissement d'un bloc moteur (11) dans lequel sont situées la ou les chambres de combustion (12). 6. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air circulant dans le second échangeur (16) et permettant de refroidir l'air comprimé est de l'air ambiant (18). 7. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur (14) est actionné par une turbine (29) entrainée par des gaz d'échappement issus de la ou des chambres de combustion (12).