Brevet FR3049656A1 — publié le 20171006

Système de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile La présente invention concerne un système de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile. Par exemple la demande de brevet GB2516060 décrit un compresseur de suralimentation électrique. On connait par la demande de brevet FR3015577 un compresseur électrique entraîné par un moteur électrique dans le but de suralimenter un moteur thermique de véhicule automobile. La suralimentation permet de conserver les performances d'un moteur tout en en diminuant la cylindrée (downsizing selon la terminologie anglaise). Pour un couple donné à fournir, la charge est alors plus importante, ce qui conduit généralement à un meilleur rendement et une consommation de carburant réduite. Un compresseur électrique est utilisé seul ou en complément d'un turbocompresseur dans le but d'en réduire le temps de réponse. La pleine marche du moteur peut ainsi être atteinte plus rapidement, ce qui permet de réduire encore la cylindrée dans l'objectif de réduire la consommation moyenne en usage courant du moteur. L'invention vise à améliorer les systèmes décrits ci-dessus. L'invention a ainsi pour objet un système de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce système comportant : un compresseur, notamment de suralimentation électrique agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné au moteur thermique, un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, ce dispositif de 3049656 2 refroidissement étant disposé dans un circuit de climatisation du véhicule, entre un détendeur et un évaporateur de ce circuit de climatisation. 5 La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple une phase d'accélération du véhicule ou une reprise à bas régime moteur. Grâce à l'invention, le dispositif de refroidissement est agencé de sorte que le refroidissement de l'air d'admission augmente la densité de l'air d'admission tout en maintenant la pression de manière à réduire la 10 consommation électrique du compresseur de suralimentation ou, en variante, à puissance électrique constante d'augmenter la densité de l'air. De plus, le dispositif de refroidissement est avantageusement placé à un emplacement froid du circuit de climatisation, juste après le détendeur dans une partie basse pression du circuit de climatisation. Le 15 changement de phase dans une partie basse pression de la climatisation maximise le potentiel d'échange thermique. Ceci permet d'avoir un dispositif de refroidissement le plus compact possible pour une capacité de refroidissement satisfaisante, facilitant son intégration avec le compresseur de suralimentation électrique. 20 De plus le fait que le dispositif de refroidissement est en amont de l'évaporateur assure un flux de réfrigérant préétabli qui favorise la dynamique du système pour le transitoire. Selon un aspect de l'invention, le système de gestion d'air d'admission comprend les composants du circuit de climatisation. 25 Selon un aspect de l'invention, le dispositif de refroidissement est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement du circuit de climatisation du véhicule. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de refroidissement est agencé de sorte que le fluide de refroidissement puisse circuler dans ce 30 dispositif de refroidissement pour le refroidir avant et pendant l'activation du compresseur de suralimentation électrique. Autrement dit, un écoulement 3049656 3 de fluide de refroidissement est déjà établi lorsque le compresseur de suralimentation électrique est activé. Ceci est avantageux car l'activation du compresseur de suralimentation électrique dure un temps très court et l'invention permet que, lorsque le compresseur est activé, d'avoir un 5 refroidissement efficace de l'air circulant dans ce compresseur. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de refroidissement comporte des canaux pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux étant agencés pour refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux. 10 Selon un aspect de l'invention, le dispositif de refroidissement est un composant placé sur le chemin de l'air d'admission en amont ou en aval du compresseur de suralimentation électrique. Selon un aspect de l'invention, le système comporte deux dispositifs de refroidissement agencés pour refroidir l'air qui circule à 15 travers le compresseur, l'un des dispositifs de refroidissement étant en amont et l'autre en aval du compresseur de suralimentation électrique. Autrement dit un dispositif de refroidissement supplémentaire en amont du compresseur peut être associé au dispositif de refroidissement en aval du compresseur. 20 Le dispositif de refroidissement supplémentaire en amont du compresseur permet d'obtenir une température plus basse à l'entrée du compresseur. Il permet ainsi de réduire le travail du compresseur électrique pour une même pression de sortie. Après la compression par le compresseur, la température de l'air augmente. Le dispositif de 25 refroidissement en aval du compresseur opère ainsi à une température plus élevée et peut présenter une puissance plus élevée tout en étant compact. Les deux dispositifs de refroidissement peuvent être disposés en série ou en parallèle, pour la circulation du fluide de refroidissement Selon un aspect de l'invention, différentes combinaisons de 30 fluides de refroidissement peuvent être associés respectivement aux deux dispositifs de refroidissement. 3049656 4 Par exemple les deux dispositifs de refroidissement peuvent être traversés par le même fluide de refroidissement par exemple du R134a. Selon un aspect de l'invention, le fluide passe dans les deux dispositifs de refroidissement en étant dans le même état, par exemple à l'état liquide. En 5 variante, le fluide passe dans les deux dispositifs de refroidissement en étant dans des états différents. Selon un aspect de l'invention les deux dispositifs de refroidissement peuvent être traversés par deux fluides de refroidissement différents par exemple du R134a pour le dispositif de refroidissement 10 amont et de l'eau refroidie pour le dispositif de refroidissement aval. Selon un aspect de l'invention, le système comporte, en parallèle du dispositif de refroidissement, une dérivation permettant à tout ou partie du fluide de refroidissement sortant du détendeur de circuler vers l'évaporateur sans passer par le dispositif de refroidissement. 15 Selon un aspect de l'invention, cette dérivation comporte une vanne pour réguler le débit de fluide de refroidissement passant dans la dérivation et conséquemment le débit de fluide passant dans le dispositif de refroidissement. Cette dérivation permet, si besoin, de ne pas faire circuler tout le fluide de refroidissement provenant du détendeur à travers le 20 dispositif de refroidissement, de sorte que le fluide qui arrive à l'évaporateur ne soit pas entièrement évaporé, ce qui permet de ne pas affecter outre mesure la climatisation de l'habitacle du véhicule. L'invention a encore pour objet un procédé de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce procédé 25 comportant les étapes suivantes : - fournir un compresseur de suralimentation électrique agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné 30 au moteur thermique, 3049656 5 - fournir un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, ce dispositif de refroidissement étant disposé dans un circuit de climatisation, entre un détendeur et un évaporateur de ce circuit de 5 climatisation. Selon un aspect de l'invention, ce procédé comporte l'étape suivante : - établir un écoulement de fluide de refroidissement au sein du dispositif de refroidissement avant l'activation du compresseur 10 de suralimentation électrique de manière à permettre un pré- refroidissement de ce dispositif de refroidissement. Selon un aspect de l'invention, ce procédé comporte l'étape suivante : 15 - Maintenir l'écoulement de fluide de refroidissement au sein du dispositif de refroidissement pendant 1"activation du compresseur de suralimentation électrique de manière à permettre un refroidissement de l'air passant dans le 20 compresseur. Selon un aspect de l'invention, le compresseur de suralimentation (« electric supercharger » en anglais) vient en complément 25 d'un turbocompresseur pour palier son temps de réponse (dû à son inertie et au temps nécessaire pour que les gaz d'échappement aient une énergie suffisante pour l'entrainer). Le compresseur fournit une suralimentation en quelques centaines de millisecondes jusqu'à ce que le turbocompresseur ait une vitesse suffisante pour prendre le relais. 30 La vitesse de rotation de ce type de machine électrique peut atteindre 70000 tours/min. 3049656 6 Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante présente un temps de réponse de l'ordre de 250ms pour passer de 5000 à 70000 tours/min. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel : - les figures 1 à 3 illustrent, schématiquement et partiellement, 10 trois modes de réalisation du système selon l'invention. On a représenté sur la figure 1 un système 1 de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique 2 de véhicule automobile, ce système 1 comportant : 15 - un compresseur de suralimentation électrique 3 agencé pour comprimer, dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné au moteur thermique 2, - un dispositif de refroidissement 4 agencé pour 20 refroidir l'air qui circule à travers le compresseur 3. La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple une phase d'accélération du véhicule. Le dispositif de refroidissement est disposé dans un circuit de climatisation 10 du véhicule, entre un détendeur 11, encore appelé vanne 25 d'expansion, et un évaporateur 12 de ce circuit de climatisation. Le dispositif de refroidissement 4 est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement du circuit de climatisation 10. Le dispositif de refroidissement 4 est agencé de sorte que le fluide de refroidissement puisse circuler dans ce dispositif de 30 refroidissement 4 pour le refroidir avant et pendant l'activation du compresseur de suralimentation électrique 3. Autrement dit, un écoulement 3049656 7 de fluide de refroidissement est déjà établi lorsque le compresseur de suralimentation électrique est activé. Le dispositif de refroidissement 4 comporte des canaux 14 pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux 14 étant agencés pour 5 refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux 14. Ce dispositif de refroidissement 4 comporte ainsi un passage 15 pour la circulation de l'air provenant du compresseur 3 et les canaux 14 sont disposés dans ce passage 15 pour refroidir l'air qui y circule. Les canaux 14 sont par exemple réalisés sous forme de tubes. 10 Le dispositif de refroidissement 4 est un composant placé sur le chemin de l'air d'admission en aval du compresseur de suralimentation électrique 3. Dans une variante non représentée de l'invention, le dispositif de refroidissement 4 est un composant placé sur le chemin de l'air d'admission 15 en amont du compresseur de suralimentation électrique 3. Dans une autre variante de l'invention illustrée sur la figure 3, le système 1 comporte deux dispositifs de refroidissement 4a et 4b agencés pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, l'un des dispositifs de refroidissement étant en amont et l'autre en aval du compresseur de 20 suralimentation électrique. L'évaporateur 12 à travers lequel peut circuler le fluide de refroidissement est agencé pour faire passer ce fluide de refroidissement de l'état liquide à l'état gazeux. L'évaporateur sert à refroidir l'air qui est envoyé dans l'habitacle. 25 Le détendeur 11 est agencé pour expanser le fluide de refroidissement qui est à l'état liquide, la température du fluide de refroidissement chutant alors. De fait, le fluide de refroidissement qui sort du détendeur 11 présente une température significativement basse, voire la température la plus basse du circuit de climatisation 10. Ainsi le fluide de 30 refroidissement qui circule dans les canaux 14 permet de refroidir efficacement l'air qui circule dans le passage 15. 3049656 8 Outre le détendeur 11 et l'évaporateur 12, le système 1 comprend un compresseur de climatisation 19, un condenseur 16 et un échangeur interne 17. Ce condenseur 16 est agencé pour condenser le fluide de 5 refroidissement de l'état gazeux à l'état liquide. L'échangeur interne 17 permet un échange de chaleur entre du fluide de refroidissement qui quitte l'évaporateur 12 et du fluide qui arrive vers le détendeur 11. L'échangeur interne 17 peut être absent, si on le souhaite. 10 Dans l'exemple décrit, le circuit de climatisation 10 comprend successivement le compresseur 19, le condenseur 16, l'échangeur interne 17, le détendeur 11, le dispositif de refroidissement 4, l'évaporateur 12 et l'échangeur interne 17. Le fluide de refroidissement peut être par exemple choisi parmi 15 les fluides d'appellation 134a, 1234yf, ou CO2. Le compresseur 3 comporte, de manière connue : - un moteur électrique, - une roue de compresseur agencée pour être entrainée en rotation par le moteur, 20 - un ensemble électronique relié électriquement au moteur. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, tout le fluide de refroidissement qui quitte le détendeur 11 circule dans le dispositif de refroidissement 4. En variante, comme illustré sur la figure 2, le système 1 25 comporte, en parallèle du dispositif de refroidissement 4, une dérivation 20 permettant à tout ou partie du fluide de refroidissement sortant du détendeur 11 de circuler vers l'évaporateur 12 sans passer par le dispositif de refroidissement 4. Cette dérivation 20 comporte une vanne ou un orifice calibré 21 30 pour réguler le débit de fluide de refroidissement passant dans la dérivation 20 et conséquemment le débit de fluide passant dans le dispositif de 3049656 9 refroidissement 4. Cette dérivation permet, si besoin, de ne pas faire circuler tout le fluide de refroidissement provenant du détendeur à travers le dispositif de refroidissement, de sorte que le fluide qui arrive à l'évaporateur ne soit pas intégralement évaporé et ainsi de ne pas affecter outre mesure 5 la climatisation de l'habitacle du véhicule. Le système 1 peut comporter en outre un turbocompresseur placé sur le chemin de l'air d'admission du moteur thermique 2, en plus du compresseur de suralimentation électrique 3. 10 REVENDICATIONS1. Système (1) de gestion d'air d'admission pour un moteur 5 thermique (2) de véhicule automobile, ce système comportant : un compresseur, notamment de suralimentation électrique (3) agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné au moteur thermique, 10 caractérisé en ce que - un dispositif de refroidissement (4) est agencé pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, ce dispositif de refroidissement étant disposé dans un circuit de climatisation, entre un détendeur (11) et un évaporateur (12) de 15 ce circuit de climatisation. 2. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (4) est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement du circuit de climatisation du véhicule. 20 3. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement est agencé de sorte que le fluide de refroidissement puisse circuler dans ce dispositif de refroidissement pour le refroidir avant et pendant l'activation du compresseur de suralimentation 25 électrique. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte des canaux (14) pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux étant agencés 30 pour refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux. 3049656 11 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement est un composant placé sur le chemin de l'air d'admission en amont ou en aval du compresseur de suralimentation électrique. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte deux dispositifs de refroidissement agencés pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, l'un des dispositifs de refroidissement étant en amont et l'autre en aval du compresseur de suralimentation électrique. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte, en parallèle du dispositif de refroidissement, une dérivation (20) permettant au fluide de refroidissement sortant du détendeur (11) de circuler vers l'évaporateur sans passer par le dispositif de refroidissement. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que cette dérivation comporte une vanne (21) pour réguler le débit de fluide de refroidissement passant dans la dérivation et conséquemment dans le dispositif de refroidissement. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur est disposé dans une partie basse pression du circuit de climatisation. 10. Procédé de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce que ce procédé comporte les étapes suivantes : - Fournir un compresseur de suralimentation électrique (3) agencé pour comprimer, notamment dans une phase transitoire 3049656 12 de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné au moteur thermique, Fournir un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l'air qui circule à travers le compresseur, ce dispositif de 5 refroidissement étant disposé dans un circuit de climatisation, entre un détendeur (11) et un évaporateur (12) de ce circuit de climatisation. i. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce 10 que ce procédé comporte l'étape suivante : Etablir un écoulement de fluide de refroidissement au sein du dispositif de refroidissement avant l'activation du compresseur de suralimentation électrique de manière à permettre un pré-refroidissement de ce dispositif de refroidissement. 15 12.Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ce procédé comporte l'étape suivante : Maintenir l'écoulement de fluide de refroidissement au sein du dispositif de refroidissement pendant 1"activation du 20 compresseur de suralimentation électrique de manière à permettre un refroidissement de l'air passant dans le compresseur.