Brevet FR2983533A1 — publié le 20130607

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE DE L'AIR D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE ET VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF pool La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz recirculés émis par le moteur. L'invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un tel dispositif. [0002] Lors de son fonctionnement, un moteur à combustion interne produit de la chaleur, notamment de par la combustion opérée dans les cylindres. Il est essentiel de pouvoir dissiper cette chaleur pour le bon fonctionnement du moteur à combustion interne. [0003] Actuellement, plusieurs échangeurs thermiques peuvent être placés sur un véhicule automobile, ayant chacun une fonction de transfert de calories à assurer. Un échangeur thermique peut être désigné de plusieurs façons selon la fonction ou le type de fluide concerné. Il peut s'agir d'un radiateur, d'un échangeur, d'un refroidisseur, d'un refroidisseur d'air suralimenté, désigné par les termes RAS ou également en anglais « Charge Air Cooler », ou échangeur Air/Air, d'un refroidisseur d'air suralimenté Air/Eau, désigné par les termes RAS à eau ou encore en anglais « Water Charge Air Cooler » ou échangeur Air/Eau, d'un échangeur Eau/Huile, etc. [0004] La figure 1 illustre un premier exemple d'un dispositif connu de refroidissement des gaz admis dans le répartiteur d'admission 16 d'un moteur à combustion interne 1. Un premier échangeur thermique 21, de type échangeur thermique Air/Air, permet de refroidir l'air suralimenté venant du turbocompresseur 11. Cet échangeur thermique 21 est disposé actuellement à l'avant du véhicule 2 et fonctionne par transfert avec l'air extérieur. Un deuxième échangeur thermique 12, de type échangeur thermique eau/gaz, permet de refroidir les gaz RGE (c'est-à-dire les gaz recirculés, provenant de l'échappement du moteur via un circuit de recirculation, connu sous le nom de circuit RGE (ou ERG pour l'anglais « Exhaust Gas Recirculation ») venant du collecteur d'échappement 17. Cet échangeur thermique est disposé actuellement sur le moteur à combustion interne 1 et fonctionne par transfert avec le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. [0005] La figure 2 montre une variante de refroidissement de l'air suralimenté, plus rare. Un échangeur thermique 18 de type gaz/eau remplace le premier échangeur 21. L'échangeur thermique 18 est disposé en parallèle du deuxième échangeur thermique 12. [0006] Cependant, les dispositifs des figures 1 et 2 se heurtent à un problème d'encombrement important, du fait de l'implantation des échangeurs thermiques, ainsi que leur raccordement avec les autres éléments du moteur à combustion interne. De plus, de fortes contraintes apparaissent concernant l'implantation des échangeurs thermiques sous le capot de petits véhicules automobiles. En outre, les normes sur les émissions polluantes de véhicules automobiles ne cessent d'augmenter les exigences requises en matière de dépollution et entrainent une augmentation du dimensionnement des échangeurs thermiques déjà présents. [0007] II a déjà été proposé, notamment dans FR-A-2 892 155 et US-A-7 721 543, différents systèmes pour refroidir les gaz RGE et/ou l'air d'admission compressé. Ces systèmes présentent toujours cependant un encombrement relativement important. mos] Par ailleurs, FR-A-2 847 005 décrit un dispositif perfectionné de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne et de gaz d'échappement recirculés émis par ce moteur à combustion interne. D'après ce document, les échangeurs thermiques de refroidissement de l'air comprimé venant du turbocompresseur et des gaz RGE sont regroupés en un même dispositif de régulation thermique. Selon un exemple décrit dans FR-A-2 847 005, deux conduits en parallèle permettent de guider séparément l'air d'admission comprimé à travers les deux échangeurs thermiques, tandis que les gaz RGE ne traversent qu'un seul des deux échangeurs thermiques. Cependant, du fait de la présence des deux conduits en parallèle, notamment, ce dispositif présente encore un encombrement relativement important. [0009] Ainsi, il existe un besoin pour diminuer l'encombrement global du circuit d'alimentation d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile et faciliter sa mise en place dans le véhicule automobile. [0olo] Pour cela, l'invention propose un Dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur, le dispositif comprenant dans un même boîtier un premier échangeur thermique entre un liquide caloporteur et l'air d'admission et un deuxième échangeur thermique entre un liquide caloporteur, d'une part, et l'air d'admission et les gaz d'échappements recirculés, d'autre part, caractérisé en ce qu'il présente : - une première entrée en communication de fluide avec l'entrée du premier échangeur thermique ; - une deuxième entrée ; et - une sortie en communication de fluide avec la sortie du deuxième échangeur thermique, l'entrée du deuxième échangeur thermique étant en communication de fluide avec la deuxième entrée et la sortie du premier échangeur thermique. [0011] Ainsi, le dispositif de régulation selon l'invention présente une structure de ses conduits en forme de Y. Il ne présente pas, comme le dispositif décrit dans FR- A-2 847 005, deux conduits en parallèle, dont l'un est en dérivation d'un des deux échangeurs thermiques, ce conduit de FR-A-2 847 005 représentant un volume perdu qui rend ce dispositif plus encombrant que le dispositif selon l'invention. [0012] Selon une variante, le dispositif comporte en outre un conduit de dérivation du deuxième échangeur thermique et des moyens sélectivement activables d'ouverture et de fermeture du conduit de dérivation. [0013] Selon une variante, les moyens sélectivement activables d'ouverture et de fermeture du conduit de dérivation sont disposés en aval du deuxième échangeur thermique. [0014] Selon une variante, le dispositif comporte en outre une première vanne de régulation de débit en amont du premier échangeur thermique. [0015] Selon une variante, le dispositif comporte en outre une deuxième vanne de régulation de débit disposée entre la deuxième entrée et les deux échangeurs thermiques. [0016] Selon une variante, le premier et le deuxième échangeurs thermiques (102, 101) sont chacun d'un type choisi parmi : - un échangeur thermique gaz/air ou gaz/gaz, ou un échangeur thermique gaz/eau. [0017] Selon une variante, les premiers et deuxièmes échangeurs thermiques sont du type échangeur thermique gaz/eau, les deux échangeurs thermiques étant en échange thermique avec un unique circuit d'eau. [0018] Selon une variante, la disposition des premier et deuxième échangeurs thermiques dans le boîtier est telle que : l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique est parallèle et de même sens que l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique ; ou - l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique est parallèle et de sens opposé à l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique ; ou l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique est perpendiculaire à l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique. [0019] Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un véhicule automobile, comportant un moteur à turbocompresseur, un conduit d'alimentation du moteur en air compressé par le turbocompresseur, un conduit de recirculation des gaz d'échappement et un dispositif de régulation thermique tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, agencé de telle sorte que la première entrée est reliée au conduit d'alimentation du moteur en air compressé par le turbocompresseur, que la deuxième entrée est reliée au conduit de recirculation des gaz d'échappement, et que la sortie est reliée à une entrée d'alimentation en air du 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, un schéma d'un premier circuit de refroidissement de l'air suralimenté 5 et des gaz RGE connu ; - figure 2, un schéma d'un deuxième circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE connu ; - figure 3, un schéma d'un circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE comprenant un premier exemple de dispositif de régulation thermique de 10 l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur ; - figures 4 à 6, des exemples de disposition des échangeurs thermiques dans le dispositif de la figure 3 ; - figure 7, un schéma d'un circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des 15 gaz RGE comprenant un deuxième exemple de dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur ; - figures 8 et 9, des vues en perspective du dispositif illustré à la figure 7 ; - figure 10, une vue de l'implantation sur le moteur à combustion interne du 20 dispositif illustré à la figure 7 ; - figures 11, une vue en perspective du dispositif illustré à la figure 7 ; - figure 12, une vue éclatée du dispositif illustré à la figure 7 ; - figures 13 à 15, des schémas d'un circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE comprenant des troisième ,quatrième et cinquième 25 exemple, respectivement, de dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur. [0021] L'invention se rapporte à l'alimentation en air comprimé (ou air suralimenté) et/ou en gaz d'échappement recirculés (ou gaz EGR) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le moteur à combustion interne peut être du type moteur essence ou moteur diesel. [0022] Dans la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent les mêmes signes de référence. En outre, les éléments identiques aux différents exemples ne sont pas décrits à nouveau pour chaque exemple, à fin de clarté de la description. Ainsi, seuls les éléments distinguant les deuxième, troisième, quatrième et cinquième exemples du premier exemple seront décrits par la suite. [0023] La figure 3 illustre un premier exemple de circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE. Le collecteur d'échappement 17 du moteur comporte deux sorties. Une première sortie communique avec la turbine d'un turbocompresseur 11. Une deuxième sortie communique avec le répartiteur d'admission 16 via une vanne RGE 13 et un clapet 14 sélectivement activables. Les gaz d'échappement évacués par la deuxième sortie du collecteur d'échappement 17 sont les gaz RGE. De l'air extérieur est admis dans une deuxième partie du turbocompresseur 11, compressé puis injecté dans le boîtier 10. Le débit de l'air extérieur compressé, dit suralimenté, rentrant dans le boîtier 10 est régulé par le doseur d'air 15, qui en l'espèce est situé en dehors du boîtier 10. L'air suralimenté est tout d'abord refroidi dans le premier échangeur thermique 102. Les gaz RGE, après avoir traversé une vanne 13, dite par la suite vanne RGE, peuvent être dérivés par le clapet 14 de façon à être mélangés avec l'air suralimenté dans une zone de convergence 103. Le mélange ainsi obtenu est refroidi par un deuxième échangeur thermique 101 et passe dans le répartiteur d'admission 16. Le clapet 14 sélectivement activables permet l'ouverture et la fermeture d'un conduit de dérivation du deuxième échangeur thermique 101. En l'espèce, ce clapet 14 est disposé à l'extérieur du boîtier 10. [0024] Ainsi, tel qu'illustré à la figure 3, le dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur selon ce premier exemple comprend, 30 dans un même boîtier 10, un premier échangeur thermique 102 entre un liquide caloporteur et l'air d'admission et un deuxième échangeur thermique 101 entre un liquide caloporteur, d'une part, et l'air d'admission et les gaz d'échappements recirculés, d'autre part. Le dispositif comporte encore une première entrée 104 en communication de fluide avec l'entrée du premier échangeur thermique 102, une deuxième entrée 106, et une sortie 105 en communication de fluide avec la sortie du deuxième échangeur thermique 101, l'entrée du deuxième échangeur thermique 101 étant en communication de fluide avec la deuxième entrée 106 et la sortie du premier échangeur thermique 102. La première entrée du boîtier 10 est reliée un conduit d'alimentation du moteur en air compressé par le turbocompresseur. La deuxième entrée est reliée à un conduit de recirculation des gaz d'échappement. La sortie du boîtier 10 est reliée à une entrée d'alimentation en air du moteur, c'est-à- dire à une entrée du répartiteur d'admission 16. [0025] Selon cet exemple, le boîtier 10 comprend en outre une deuxième sortie de gaz adaptée à être reliée à un conduit pour former une dérivation du deuxième échangeur thermique 101, le clapet 14 permettant de diriger du gaz RGE vers le deuxième échangeur thermique 101 ou directement vers l'alimentation en air du moteur. [0026] Les échangeurs thermiques 101, 102 peuvent être de tout type connu (gaz/air ou gaz/eau, notamment). De préférence, ils sont tous les deux du type gaz/eau, les deux échangeurs thermiques étant en échange thermique avec un unique circuit d'eau (illustré sur les figures par un conduit représenté en pointillés, la double flèche indiquant le sens de parcours de l'eau dans le conduit). Le boîtier 10 comprend alors une unique entrée d'alimentation en eau et une unique sortie d'eau. De préférence, le liquide parcourant les deux échangeurs thermiques est un mélange d'eau et d'antigel. [0027] Les figures 4, 5 et 6 illustrent différentes dispositions possibles du premier échangeur thermique 102 et du deuxième échangeur thermique 101 dans le boîtier 10. La figure 4 présente une première disposition où le premier échangeur thermique 102 et le deuxième échangeur thermique 101 sont placés dans le boîtier de telle façon que l'écoulement du fluide dans le premier échangeur thermique 102 soit parallèle et de même sens que l'écoulement du fluide dans le deuxième échangeur thermique 101. Le boîtier 10 présente alors une forme allongée. [0028] La figure 5 présente une deuxième disposition où le premier échangeur thermique 102 et le deuxième échangeur thermique 101 sont placés dans le boîtier de telle façon que l'écoulement du fluide dans le premier échangeur thermique 102 soit parallèle et de sens opposé à l'écoulement du fluide dans le deuxième échangeur thermique 101. Le boîtier 10 peut alors présenter une forme en U ou une section sensiblement carrée. [0029] La figure 6 présente enfin un troisième exemple de disposition où le premier échangeur thermique 102 et le deuxième échangeur thermique 101 sont placés dans le boîtier de telle façon que l'écoulement du fluide dans le premier échangeur thermique 102 soit perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide dans le deuxième échangeur thermique 101. Le boîtier 10 présente alors une forme en L. [0030] La figure 7 illustre un deuxième exemple de circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE. La structure du circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE est sensiblement identique au premier exemple de la figure 3 à l'exception du clapet 14 qui est placé à l'intérieur du boîtier 10. [0031] Plusieurs modes de fonctionnement du circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE sont utilisés lors des phases de fonctionnement du moteur à combustion interne. Les modes de fonctionnement du deuxième exemple de circuit de refroidissement décrits ci-après sont identiques aux modes de fonctionnement des autres exemples de circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE. [0032] Dans un premier mode de fonctionnement, la vanne RGE 13 bloque l'arrivée des gaz RGE. L'air suralimenté venant du turbocompresseur 11 passe par le doseur d'air 15, le premier échangeur thermique 102 puis par le deuxième échangeur thermique 101. L'air suralimenté se dirige alors dans le répartiteur d'admission 16. Le clapet 14 n'intervient pas. Ce premier mode de fonctionnement permet de refroidir au maximum l'air suralimenté venant du turbocompresseur 11. [0033] Dans un second mode de fonctionnement, la vanne RGE 13 bloque l'arrivée des gaz RGE. L'air suralimenté venant du turbocompresseur passe par le doseur d'air 15, le premier échangeur thermique 102 puis est dévié par le clapet 14 pour éviter le deuxième échangeur thermique 101. Ce deuxième mode de fonctionnement permet de refroidir partiellement l'air suralimenté venant du turbocompresseur 11, par exemple lors d'un démarrage à froid du moteur à combustion interne. [0034] Dans un troisième mode de fonctionnement, le doseur d'air 15 et la vanne RGE 13 sont passants. L'air suralimenté venant du turbocompresseur 11 passe par le doseur d'air 15 et le premier échangeur thermique 102. Simultanément, les gaz RGE venant du collecteur d'échappement 17 passent par la vanne RGE 13 et rentrent dans le boîtier 10 au niveau de la zone de convergence 103. L'air suralimenté et les gaz RGE se rejoignent et se mélangent, puis passent par le deuxième échangeur thermique 101. L'air suralimenté et les gaz RGE se dirigent enfin dans le répartiteur d'admission 16. Ce troisième mode de fonctionnement permet de mélanger et de refroidir l'air suralimenté et les gaz RGE. [0035] Dans un quatrième mode de fonctionnement, le doseur d'air 15 et la vanne RGE 13 sont passants. L'air suralimenté venant du turbocompresseur 11 passe par le doseur d'air 15 et le premier échangeur thermique 102. Simultanément, les gaz RGE venant du collecteur d'échappement 17 passent par la vanne RGE 13 et rentrent dans le boîtier 10 au niveau de la zone de convergence 103. L'air suralimenté et les gaz RGE se rejoignent, se mélangent puis sont déviés par clapet 14 de façon à éviter le deuxième échangeur thermique 101 pour se diriger enfin vers le répartiteur d'admission 16. Ce quatrième mode de fonctionnement permet de mélanger sans refroidir l'air suralimenté et les gaz RGE. [0036] Les figures 8 et 9 qui illustrent le deuxième exemple de dispositif de la figure 7, montrent l'entrée d'air suralimenté 104 (ou première entrée) à travers laquelle passent l'air suralimenté en provenance du turbocompresseur. L'air suralimenté passe ensuite par le premier échangeur thermique 102 et rejoint les gaz RGE dans une zone de convergence 103. Simultanément, les gaz RGE passent par une entrée des gaz RGE 106 (ou deuxième entrée) et rejoignent l'air suralimenté dans la zone de convergence 103 Le mélange peut ensuite être dévié par le clapet 14 dans un passage de déviation 109 ou dans le deuxième échangeur thermique 101. Le mélange sort ensuite du boîtier 10 par la sortie 105. Sur les figures 11 et 12 sont visibles l'entrée 107 et la sortie 108 de liquide de refroidissement de l'unique circuit de liquide de refroidissement du dispositif. [0037] La figure 10 illustre l'implantation sur le moteur à combustion interne du boîtier 10 selon le deuxième exemple de dispositif de la figure 7. Sur cette figure 10, les gaz RGE suivent un chemin, illustré par la courbe 110, à travers le deuxième échangeur thermique 101, tandis que l'air suralimenté suit un chemin, illustré par la courbe 111, à travers les premier et deuxième échangeurs thermiques 102, 101. [0038] La figure 13 montre le schéma d'un troisième exemple de circuit de refroidissement de l'air suralimenté et des gaz RGE. Sur cette figure 13, le dispositif de régulation thermique comporte, dans le boîtier 10, une vanne RGE 13, un doseur d'air 15, un clapet 14, un premier échangeur thermique 102 et un deuxième échangeur thermique 101. En particulier, le dispositif de dérivation est placé dans le boîtier 10 de façon identique à l'exemple de la figure 7. [0039] Le quatrième exemple de la figure 14 se distingue de l'exemple de la figure 7 du fait que le clapet 14 est disposé dans le boîtier 10 du dispositif de régulation thermique, en aval du deuxième échangeur thermique 101. [0040] Enfin, le cinquième exemple de la figure 15 se distingue de l'exemple de la figure 14, du fait que la vanne RGE 13 est incorporée dans le boîtier 10 du dispositif de régulation thermique. [0041] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-avant. Notamment, les échangeurs thermiques peuvent être de différents types. Ils peuvent également échanger des calories avec des circuits de fluide distincts. REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation thermique de l'air d'admission d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et de gaz d'échappement recirculés émis par le moteur, le dispositif comprenant dans un même boîtier (10) un premier échangeur thermique (102) entre un liquide caloporteur et l'air d'admission et un deuxième échangeur thermique (101) entre un liquide caloporteur, d'une part, et l'air d'admission et les gaz d'échappements recirculés, d'autre part, caractérisé en ce qu'il présente : - une première entrée (104) en communication de fluide avec l'entrée du premier échangeur thermique (102) ; - une deuxième entrée (106) ; et - une sortie (105) en communication de fluide avec la sortie du deuxième échangeur thermique (101), l'entrée du deuxième échangeur thermique (101) étant en communication de fluide avec la deuxième entrée (106) et la sortie du premier échangeur thermique (102). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un conduit de dérivation du deuxième échangeur thermique (101) et des moyens sélectivement activables (14) d'ouverture et de fermeture du conduit de dérivation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens sélectivement activables (14) d'ouverture et de fermeture du conduit de dérivation sont disposés en aval du deuxième échangeur thermique (101). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une première vanne de régulation de débit (15) en amont du premier échangeur thermique (102). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une deuxième vanne de régulation de débit (13) disposée entre la deuxième entrée (106) et les deux échangeurs thermiques (101 ; 102). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et le deuxième échangeurs thermiques (102, 101) sont chacun d'un type choisi parmi : un échangeur thermique gaz/air ou gaz/gaz, ou un échangeur thermique gaz/eau. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes échangeurs thermiques (101 ; 102) sont du type échangeur thermique gaz/eau, les deux échangeurs thermiques étant en échange thermique avec un unique circuit d'eau. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la disposition des premier et deuxième échangeurs thermiques (102, 101) dans le boîtier (10) est telle que : l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique (102) est parallèle et de même sens que l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique (101) ; ou l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique (102) est parallèle et de sens opposé à l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique (101) ; ou l'écoulement de l'air d'admission dans le premier échangeur thermique (102) est perpendiculaire à l'écoulement du mélange d'air d'admission et de gaz recirculés dans le deuxième échangeur thermique (101). 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur à turbocompresseur, un conduit d'alimentation du moteur en air compressé par le turbocompresseur, un conduit de recirculation des gaz d'échappement et un dispositif de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencé de telle sorte que la première entrée est reliée au conduit d'alimentation du moteur en air compressé par le turbocompresseur, que la deuxième entrée est reliée au conduit de recirculation des gaz d'échappement, et que la sortie est reliée à une entrée d'alimentation en air du moteur.