Brevet FR3005116A1 — publié le 20141031

REFROIDISSEUR D'AIR DE SURALIMENTATION AVEC DERIVATIONS PARTIELLES [0001] La présente invention concerne un refroidisseur d'air de suralimentation avec dérivations partielles pour l'évacuation des condensats contenus dans le refroidisseur. [0002] Un refroidisseur d'air de suralimentation est utilisé pour un moteur thermique équipé d'un turbocompresseur dans un véhicule automobile. Ce refroidisseur d'air de suralimentation permet de réduire à une température adéquate la température de l'air de suralimentation dirigé vers l'admission d'air dans le moteur. En effet, lors de la compression de l'air de suralimentation, cet air s'échauffe et il convient de réduire sa température pour son admission dans le moteur. Par exemple, une baisse de température de 10°C de l'air de suralimentation peut augmenter la puissance du moteur de 3 à 6%. Avec un tel refroidisseur d'air de suralimentation, il est donc possible de réduire fortement la température de l'air de suralimentation. [0003] Il existe plusieurs types de refroidisseur d'air de suralimentation ci-après dénommé refroidisseur RAS. [0004] Par exemple, il existe un premier type de refroidisseur RAS en forme de I dit en mosaïque dans lequel s'effectue une circulation d'air vers le haut avec une entrée d'air chaud de suralimentation par un boîtier inférieur et une sortie d'air refroidi par un boîtier supérieur. [0005] De plus, il existe un second type de refroidisseur RAS présentant une forme de U avec deux branches du U communicantes entre elles. L'entrée et la sortie d'air s'effectuent avantageusement par un boîtier supérieur et le passage d'une branche à l'autre s'effectue avantageusement par un boîtier inférieur. [0006] Ces refroidisseurs ont en commun l'inconvénient de créer dans leur partie inférieure, le plus souvent le boîtier inférieur du refroidisseur en U ou en I vertical, une zone d'accumulation de condensats qui sont évacués vers l'admission d'air dans le moteur lorsque le débit d'air de suralimentation est suffisamment important pour les pousser à travers les tubes du refroidisseur. [0007] Cependant, à de bas débits d'air, la pression exercée sur les condensats est trop faible et ils s'accumulent alors dans le boîtier inférieur du refroidisseur. Cette zone d'accumulation peut être préjudiciable, notamment par température extérieure négative avec formation de glace dans le refroidisseur RAS d'où un risque d'étouffement du moteur. [0008] Un deuxième risque parmi d'autres se produit du fait de la possible admission d'eau liquide dans la chambre de combustion du moteur lors de l'accélération de ce dernier, pouvant entraîner des ratés de combustion d'où une diminution des performances du moteur, une dégradation voire une casse moteur due à l'incompressibilité de l'eau dans les cylindres du moteur. [0009] Le document FR-A-2 921 103 décrit un dispositif de gestion de condensats d'un refroidisseur RAS, ce refroidisseur étant équipé d'une dérivation d'évacuation reliant deux parties du refroidisseur et de moyens d'alimentation d'un flux d'entrée d'air dans ledit refroidisseur qui comporte des première et seconde boîtes. Ce refroidisseur RAS comprend aussi des premier et second conduits montés en parallèle avec le refroidisseur en comportant des moyens de communication avec ladite seconde boîte, des moyens d'estimation de la quantité de condensats présents dans la seconde boîte, des moyens de commande de commutation du flux d'entrée d'air permettant de faire transiter le flux d'air dans le refroidisseur ou à l'extérieur dudit refroidisseur dans le premier conduit en fonction de la quantité estimée de condensats dans la seconde boîte, de manière à pouvoir ré- évaporer une partie des condensats. [0010] Dans ce document, le refroidisseur RAS est un refroidisseur en U et la dérivation d'évacuation part de la première branche du U pour amener directement l'air de suralimentation dans la zone basse du refroidisseur, ce qui provoque l'évaporation des condensats. Ceci se produit cependant au détriment du refroidissement de l'air, la partie de l'air de suralimentation dérivée ne traversant pas la première branche du U du refroidisseur et n'étant donc pas en échange de chaleur avec le refroidisseur dans cette branche. [0011] Le problème à la base de la présente invention est d'évacuer au moins en partie les condensats se formant lors du refroidissement de l'air de suralimentation traversant un refroidisseur RAS notamment à des bas débits d'air de suralimentation et se trouvant dans la partie inférieure du refroidisseur tout en garantissant un refroidissement suffisant de l'air de suralimentation, ceci pour tout type de refroidisseur présentant une partie inférieure susceptible de recueillir les condensats. [0012] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur thermique équipé d'un turbocompresseur comportant au moins une branche d'échange de chaleur et des moyens d'évacuation de condensats formés dans le refroidisseur lors de l'échange de chaleur, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation comprennent une première dérivation d'évacuation dont l'entrée est piquée sur la partie inférieure du refroidisseur récoltant les condensats, la première dérivation formant un canal de passage de l'air de suralimentation et des condensats en parallèle du refroidisseur et une seconde dérivation dont l'entrée est raccordée en sortie du turbocompresseur et formant un canal de passage de l'air de suralimentation communiquant avec la première dérivation pour augmenter dans cette dernière la vitesse d'écoulement de l'air de suralimentation, notamment pour favoriser l'évacuation des condensats notamment à de faibles débits d'air de suralimentation. [0013] Avantageusement, la seconde dérivation a sa sortie reliée directement à la première dérivation au voisinage de l'entrée de cette dernière. [0014] En variante, la seconde dérivation a sa sortie reliée en partie inférieure du refroidisseur. [0015] De préférence, la partie inférieure du refroidisseur est un boîtier recueillant les condensats. [0016] Avantageusement, les première et seconde dérivations d'évacuation sont extérieures au refroidisseur. [0017] Selon un mode de réalisation, le refroidisseur est en forme de U en présentant deux branches d'échange de chaleur parcourues en sens contraire par l'air de suralimentation à refroidir, un passage d'air de suralimentation étant prévu dans le boîtier inférieur pour le passage de l'air de suralimentation d'une branche à l'autre. [0018] Selon un autre mode de réalisation, le refroidisseur est en forme de I en présentant une branche d'échange de chaleur verticale. [0019] L'invention vise également une ligne d'apport d'air de suralimentation à l'admission d'air d'un moteur thermique suralimenté, qui présente un refroidisseur tel que défini précédemment. [0020] Dans cette ligne d'apport d'air, la première dérivation d'évacuation débouche sur l'admission d'air du moteur thermique. [0021] L'invention vise enfin un groupe moto-propulseur d'un véhicule automobile présentant un système de recirculation des gaz d'échappement EGR à une ou deux boucles, des gaz d'échappement étant injectés dans l'admission d'air du moteur thermique, qui comprend une ligne d'apport telle que définie précédemment. [0022] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'un refroidisseur d'air de suralimentation selon une première forme de réalisation de la présente invention, ce refroidisseur d'air de suralimentation, dans cette forme de réalisation, étant mosaïque en forme de I avec courant ascendant de passage d'air de suralimentation ; et - la figure 2 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'un refroidisseur d'air de suralimentation selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention, ce refroidisseur d'air de suralimentation dans cette forme de réalisation étant mosaïque en forme de U en comprenant deux branches. [0023] Il est à considérer que la présente invention s'applique pour tout type de refroidisseur RAS pour lequel de l'eau issue des condensats se trouve dans la partie inférieure du refroidisseur RAS. [0024] A la figure 1, il est représenté un refroidisseur RAS 1 en forme de I qui est destiné à être disposé dans la ligne d'admission d'air de suralimentation d'un moteur thermique de véhicule automobile avant l'admission d'air Adm du moteur. Un tel refroidisseur comprend une branche 2 d'échange de chaleur pouvant être sous la forme de tubes ou de plaques métalliques parallèles, fréquemment en aluminium. L'air de suralimentation circule par les tubes ou par les plaques qui portent des ailettes de refroidissement, les ailettes étant refroidies par un flux de fluide réfrigérant qui peut être de l'air. La conduction thermique entre les ailettes et la paroi des tubes ou des plaques assure le refroidissement de l'air de suralimentation circulant dans les tubes. [0025] Un tel refroidisseur RAS 1 est particulièrement sensible à l'accumulation de condensats d'eau, comme cela va maintenant être détaillé. [0026] Le refroidisseur RAS 1 reçoit l'air de suralimentation à refroidir par son boîtier inférieur 4, l'air de suralimentation étant dirigé selon la flèche Fen. [0027] L'air de suralimentation monte ensuite vers le boîtier supérieur ou de sortie 5 du refroidisseur RAS 1 et quitte ce refroidisseur selon la flèche Fs en direction de l'admission d'air Adm du moteur. [0028] L'air de suralimentation est donc refroidi dans la branche 2 d'échange de chaleur, provoquant la condensation de la vapeur d'eau provenant de cet air pénétrant dans la ligne d'admission d'air. [0029] La condensation peut provenir de la boucle EGR basse pression où des gaz EGR issus de la chambre de combustion, donc chargés en eau, passent dans le compresseur puis le refroidisseur RAS ou en alternative de la boucle EGR haute pression amont où les gaz sont injectés en aval du compresseur et en amont du refroidisseur RAS. [0030] Compte tenu des flèches de passage Fen et Fs de l'air de suralimentation en entrée comme en sortie et du positionnement vertical de la branche d'échange de chaleur 2, les condensats sont formés dans la branche 2 d'échange de chaleur et s'écoulent le long de la branche pour aboutir dans le fond du boîtier inférieur 4 en formant un niveau d'eau 6 de condensats restant dans le boîtier. Le niveau d'eau 6 dans le boîtier inférieur 4 augmente alors rapidement en fonctionnement du refroidisseur RAS 1 et peut boucher en montant le passage de l'air de suralimentation dans la branche d'échange de chaleur 2 dans le cas d'un gel de l'eau. Quand il n'y a pas gel de l'eau, le passage de l'air ne sera pas bouché car le moteur aspirera les condensats en continu à partir d'un certain niveau atteint dépendant de la charge moteur. Le risque est ici d'avoir une remontée brusque des condensats due à un fort débit correspondant à une accélération après un long trajet stabilité pendant lequel le boîtier inférieur 4 s'est rempli. [0031] Pour résoudre ce problème, comme représenté en figure 1, il est prévu une dérivation d'évacuation 7, montrée en pointillés, et qui permet d'évacuer les condensats formant le niveau d'eau 6 stagnant dans le boîtier inférieur 4. La dérivation d'évacuation 7 présente son entrée se faisant par piquage d'évacuation dans le boîtier inférieur 4 et se trouve à l'extérieur du refroidisseur RAS 1. La dérivation d'évacuation 7 débouche vers l'admission d'air Adm du moteur et elle forme un canal de passage de l'air de suralimentation et des condensats en parallèle du refroidisseur RAS 1, le diamètre du canal étant suffisamment réduit pour ne pas permettre un passage d'une trop grande quantité d'air en dérivation du refroidisseur tout en étant suffisant pour permettre une bonne évacuation des condensats se trouvant dans le boîtier inférieur 4 du refroidisseur RAS 1. [0032] La différence de pression entre le piquage et l'admission d'air Adm du moteur permet de vaincre la pression hydrostatique entre le niveau d'eau 6 dans le boîtier inférieur 4 et l'admission d'air Adm du moteur, permettant ainsi l'évacuation des condensats. [0033] Dans le cas d'un fonctionnement à bas débit d'air et donc d'une différence de pression faible et insuffisante pour éliminer les condensats accumulés dans le boîtier inférieur 4, il est prévu une seconde dérivation 8 en amont du refroidisseur RAS 1 afin d'amorcer plus facilement par effet Venturi la circulation des condensats dans la dérivation d'évacuation 7. [0034] Selon la variante de réalisation représentée en figure 1, la seconde dérivation 8 a son entrée raccordée en sortie du turbocompresseur et sa sortie reliée directement par l'intermédiaire d'un raccord en Y à la dérivation d'évacuation 7 au voisinage de l'entrée de cette dernière. [0035] La seconde dérivation 8 se présente sous la forme d'un canal de passage de l'air de suralimentation situé à l'extérieur du refroidisseur RAS 1, permettant d'augmenter la vitesse de l'air dans la dérivation d'évacuation 7 (effet Venturi) et ainsi favoriser l'amorçage de l'évacuation des condensats à faibles débits d'air. [0036] Selon une autre variante de réalisation, la dérivation externe 8 peut déboucher directement dans le boîtier inférieur 4 pour favoriser la turbulence et le mélange air/condensats qui, moins lourd, remontera plus facilement qu'une colonne d'eau "pleine". Cette variante de réalisation est toutefois moins efficace que la précédente du fait que l'augmentation de la vitesse de l'air dans la dérivation d'évacuation 7 sera moindre. [0037] Le refroidisseur RAS 1 en forme de I de la figure 1 correspond à l'architecture la plus favorable pour le fonctionnement de la dérivation d'air de suralimentation 8 puisqu'il permet de créer la différence de pression la plus importante. [0038] La figure 2 représente la mise en place d'une dérivation d'évacuation 7 et d'une dérivation d'air de suralimentation 8 dans un autre mode de réalisation que celui de la figure 1. En figure 2, le refroidisseur RAS 1 est du type mosaïque en forme de U présentant des première et seconde branches d'échange de chaleur 2,2a entre le fluide réfrigérant (air) contenu dans le refroidisseur RAS 1 et l'air de suralimentation à refroidir. [0039] La première branche 2 d'échange de chaleur relie l'entrée du refroidisseur RAS 1, avantageusement sous la forme d'un boîtier d'entrée 3, à un boîtier inférieur 4, le sens de passage de l'air de suralimentation étant symbolisé par le flèche Fen. La seconde branche 2a d'échange de chaleur relie le boîtier inférieur 4 à la sortie du refroidisseur RAS 1, avantageusement sous la forme d'un boîtier de sortie 5, le sens de passage de l'air de suralimentation dans cette seconde branche 2a étant symbolisé par le flèche Fs. L'air de suralimentation sortant du refroidisseur RAS 1 est dirigé vers l'admission d'air Adm du moteur. Le cas échéant, quand existant, le boîtier de sortie 5 peut être avantageusement regroupé avec le boîtier d'entrée 3 dans un boîtier supérieur présentant deux compartiments séparés. [0040] L'air de suralimentation est donc successivement et progressivement refroidi dans la première branche 2 d'échange de chaleur puis dans la seconde branche 2a d'échange de chaleur. Ceci provoque au fur et à mesure que l'air se refroidit la condensation de la vapeur d'eau provenant de cet air pénétrant dans la ligne d'admission d'air. [0041] Compte tenu des flèches de passage Fen et Fs de l'air de suralimentation en entrée comme en sortie et du positionnement sensiblement vertical des branches 2, 2a d'échange de chaleur, les condensats sont formés dans les branches 2, 2a d'échange de chaleur et s'écoulent le long des branches pour aboutir dans le fond du boîtier inférieur 4 en formant un niveau d'eau 6 de condensats restant dans ce boîtier 4. [0042] Comme dans le premier mode de réalisation, le piquage de la dérivation d'évacuation 7 s'effectue dans le boîtier inférieur 4 et cette dérivation débouche vers l'admission d'air Adm du moteur, tandis que la dérivation d'air de suralimentation 8 a son entrée raccordée à la sortie du turbocompresseur et sa sortie raccordée soit directement à la dérivation d'évacuation 7 au voisinage de l'entrée de cette dernière, soit au boîtier inférieur 4 du refroidisseur RAS 1. Les mêmes considérations énoncées concernant la dérivation d'évacuation 7 er la dérivation d'air de suralimentation 8 pour le premier mode de réalisation sont généralement valables pour ce deuxième mode de réalisation et ne seront donc pas à nouveau détaillées. [0043] Chaque refroidisseur d'air de suralimentation trouve une application préférentielle mais non limitative en combinaison avec un système EGR, notamment un système EGR présentant une boucle basse pression. Pour réduire l'émission de substances polluantes d'un véhicule automobile à moteur thermique, il est connu d'équiper les véhicules automobiles d'une circulation de gaz d'échappement afin de récupérer des gaz d'échappement du moteur et de les réinjecter en entrée du moteur, cette circulation des gaz d'échappement portant communément le nom d'EGR. [0044] Il existe fréquemment deux boucles de circulation de gaz d'échappement dans un système EGR pour un moteur turbocompressé. La première boucle de circulation est dite boucle EGR basse pression et réalise un prélèvement de gaz d'échappement en aval d'un organe de dépollution de la ligne d'échappement du véhicule automobile, par exemple un filtre à particules. Ces gaz d'échappement relativement propres, après un refroidissement dans le refroidisseur RAS, peuvent être injectés par la première boucle dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique. [0045] La seconde boucle de circulation est dite boucle EGR haute pression et réalise un prélèvement de gaz d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur. Ces gaz d'échappement non dépollués, après un refroidissement dans le refroidisseur RAS, sont injectés par la seconde boucle dans l'air d'admission alimentant le moteur thermique. [0046] Les gaz des première et seconde boucles contiennent de l'eau qui se condense lors de leur refroidissement dans le refroidisseur RAS. Ceci est particulièrement valable pour la boucle EGR basse pression. Ainsi, un refroidisseur RAS couplé avec un système EGR est particulièrement confronté au problème de la présence de condensats en son intérieur. [0047] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Ligne d'apport d'air de suralimentation à l'admission d'air d'un moteur thermique équipé d'un turbocompresseur et d'un refroidisseur (1) d'air de suralimentation présent sur cette ligne et qui comporte au moins une branche d'échange de chaleur (2,2a) et des moyens d'évacuation de condensats formés dans le refroidisseur lors de l'échange de chaleur, caractérisée en ce que les moyens d'évacuation comprennent une première dérivation d'évacuation (7) dont l'entrée est piquée sur la partie inférieure (4) du refroidisseur (1) récoltant les condensats, la première dérivation (7) formant un canal de passage de l'air de suralimentation et des condensats en parallèle du refroidisseur (1) et une seconde dérivation (8) dont l'entrée est raccordée en sortie du turbocompresseur et formant un canal de passage de l'air de suralimentation communiquant avec la première dérivation (7) pour augmenter dans cette dernière la vitesse d'écoulement de l'air de suralimentation favorisant l'évacuation des condensats notamment à de faibles débits d'air de suralimentation. 2. Ligne d'apport d'air selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde dérivation (8) a sa sortie reliée directement à la première dérivation (7) au voisinage de l'entrée de cette dernière. 3. Ligne d'apport d'air selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde dérivation (8) a sa sortie reliée en partie inférieure (4) du refroidisseur (1). 4. Ligne d'apport d'air selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie inférieure du refroidisseur est un boîtier (4) recueillant les condensats. 5. Ligne d'apport d'air selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les première (7) et seconde (8) dérivations d'évacuation sont extérieures au refroidisseur (1). 6. Ligne d'apport d'air selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le refroidisseur est en forme de U en présentant deux branches d'échange de chaleur (2,2a) parcourues en sens contraire par l'air de suralimentation à refroidir, un passage d'air de suralimentation étant prévu dans le boîtier inférieur pour le passage de l'air de suralimentation d'une branche à l'autre. 7. Ligne d'apport d'air selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le refroidisseur est en forme de I en présentant une branche d'échange de chaleur (2) verticale. 8. Ligne d'apport d'air selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la première dérivation d'évacuation (7) débouche sur l'admission d'air (Adm) du moteur thermique. 9. Groupe moto-propulseur d'un véhicule automobile présentant un système EGR à une ou deux boucles, des gaz d'échappement étant injectés dans l'admission d'air du moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'apport d'air selon l'une des revendications 1 à 8.