Brevet FR3049312A1 — publié le 20170929

Dispositif et circuit de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l'automobile, et concerne plus précisément un dispositif de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion. Dans certains véhicules à moteur thermique, notamment à moteur diesel, il est nécessaire de faire appel à des échangeurs de chaleur pour refroidir l'air de suralimentation en sortie du turbocompresseur avant son admission dans le moteur, ainsi que pour refroidir les gaz d'échappement recyclés. Ces échangeurs de chaleur sont situés sur une face avant ou arrière ou sur un coté de la culasse du moteur thermique dans le compartiment moteur, et génèrent un encombrement important de celui-ci. En effet, chaque échangeur doit être dimensionné de manière à refroidir efficacement l'air de suralimentation ou les gaz d'échappement, et nécessite, en fonction de la technologie retenue pour le refroidissement, une alimentation en air ou en eau, fournie par des tuyaux passant de la partie arrière à la partie avant du compartiment moteur. Il existe donc un besoin de compacité des systèmes de refroidissement dans le compartiment moteur. Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un dispositif compact de refroidissement et un circuit de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion, qui permettent de réduire le nombre et l'encombrement des tuyaux dans le compartiment moteur. 3049312 2 A cette fin, l'invention propose un dispositif compact de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion d'un véhicule, utilisant un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comporte : - un compartiment abritant une zone d'échange thermique entre 5 ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation amenant de l'air de suralimentation audit moteur à combustion, - un compartiment abritant une zone d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation de recirculation de gaz d'échappement. 10 Grâce à l'invention, les gaz de suralimentation et d'échappement sont refroidis par un seul dispositif, utilisant une même technologie de refroidissement, ce qui permet un système de refroidissement plus compact nécessitant moins de tuyaux dans le compartiment moteur. Selon une caractéristique avantageuse dudit dispositif, lesdits 15 compartiments sont solidaires d'un boîtier comportant une entrée et au moins une sortie dudit fluide caloporteur apte à être connectée à un circuit de circulation dudit fluide caloporteur, ledit boîtier comportant en outre une sonde de température en aval desdites zones d'échange thermiques. Ainsi en fonction de la température de sortie dudit dispositif, ledit fluide 20 caloporteur est par exemple utilisé pour favoriser la montée en température du moteur thermique, ou pour réduire la consommation électrique d'aérothermes activés pour le confort thermique de l'habitacle. Selon une autre caractéristique avantageuse dudit dispositif, celui-ci comporte en outre un compartiment abritant une zone d'échange thermique 25 entre ledit fluide caloporteur et un circuit de circulation d'huile dudit moteur à combustion. Ainsi le dispositif compact de refroidissement selon l'invention permet également de refroidir l'huile dudit moteur à combustion. L'invention concerne aussi un circuit de refroidissement comportant : - un dispositif compact de refroidissement selon l'invention, 3049312 3 - un circuit de circulation dudit fluide caloporteur apte à faire circuler ledit fluide caloporteur depuis ladite au moins une sortie dudit boîtier vers un radiateur dudit véhicule, puis dudit radiateur vers la culasse dudit moteur à combustion, ladite culasse étant connectée à ladite entrée dudit boîtier dudit 5 dispositif. Avantageusement, ledit circuit de circulation est en outre apte à faire circuler ledit fluide caloporteur en sortie dudit dispositif de refroidissement vers au moins un aérotherme. Enfin avantageusement, ledit circuit de refroidissement comporte en 10 outre un circuit de dérivation court-circuitant ledit radiateur, ainsi qu'une vanne apte à diriger ledit fluide caloporteur dans le circuit de dérivation puis dans ledit circuit de circulation sans passer par ledit radiateur, lorsque la température en sortie dudit boîtier est inférieure à un seuil de température prédéterminé. 15 Le circuit de refroidissement selon l'invention présente des avantages analogues à ceux du dispositif compact selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un 20 mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente un dispositif compact de refroidissement selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif compact de refroidissement selon l'invention, 25 - et la figure 3 représente un circuit de refroidissement selon l'invention. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, le dispositif DIS compact de refroidissement d'un véhicule à moteur à combustion selon l'invention comporte : 3049312 4 - un compartiment CP1 dans lequel l'air de suralimentation en provenance d'un turbocompresseur est refroidi avant d'être amené dans le moteur à combustion ; le compartiment CP1 comporte donc une entrée d'air apte à être connectée à un tuyau d'arrivée d'air, et une sortie d'air apte à être 5 connectée à un tuyau d'alimentation d'air pour le moteur à combustion ; - un compartiment CP2 dans lequel des gaz d'échappement à recycler d'un système RGE (« Recirculation des Gaz d'Echappement ») sont refroidis avant d'être amenés dans le moteur à combustion ; le compartiment CP2 comporte donc un embout d'entrée permettant l'arrivée de gaz d'échappement 10 à recycler et un embout de sortie apte à être connecté à un tuyau d'alimentation RGE pour le moteur à combustion ; - un boîtier d'entrée et de sortie d'eau BES comportant une sonde de température ST reliée par une connexion de données non représentée, à un calculateur gérant le système de refroidissement des organes du véhicule. 15 Il est à noter que le dispositif DIS de refroidissement permet au moins de dimensionner l'échangeur air-air dédié au refroidissement du système de suralimentation du véhicule à volume plus réduit que dans l'art antérieur, si ce n'est de le supprimer entièrement. Le dispositif de refroidissement DIS est par exemple fixé en face avant 20 ou en face arrière, ou sur le cote culasse du moteur à combustion. Dans ce mode de réalisation préféré, le compartiment CP1, le boîtier d'entrée et de sortie d'eau BES et le compartiment CP2 sont empilés verticalement les uns au-dessus des autres de manière compacte, ce qui permet un gain de place dans le compartiment moteur. En effet, ce dispositif DIS permet de refroidir 25 par le même fluide caloporteur, qui est dans cet exemple de réalisation de l'eau, à la fois l'air de suralimentation et les gaz d'échappement à recycler. Il ne nécessite donc qu'une entrée d'eau EE et une sortie d'eau SE au niveau du boîtier d'entrée et de sortie d'eau BES. Dans ce mode de réalisation de l'invention, l'entrée d'eau EE est située côté culasse du moteur à combustion. 30 3049312 5 En référence à la figure 2, le dispositif DIS compact de refroidissement selon l'invention est vu en coupe verticalement, la coupe étant réalisée parallèlement aux axes de circulation des gaz d'alimentation du moteur à combustion. 5 L'entrée d'eau (EE) du boîtier BES et la sortie d'eau SE du boîtier d'entrée et de sortie d'eau BES sont connectées à un circuit de circulation CCI d'eau interne au dispositif DIS. Ce circuit de circulation CCI permet à l'eau refroidie issue d'un circuit de refroidissement CR représenté à la figure 3, de refroidir l'air de suralimentation via une zone ZE1 d'échange thermique, et les 10 gaz d'échappement à recycler via une zone ZE2 d'échange thermique, avant de sortir du dispositif DIS pour réchauffer éventuellement le moteur à combustion, avant d'être à nouveau refroidie dans le radiateur RAD situé à l'avant du véhicule. La sonde de température ST mesurant la température T en sortie du dispositif DIS est située en aval du circuit de circulation interne 15 CCI, juste avant la sortie d'eau SE du boîtier BES. La sortie d'eau SE permet au fluide caloporteur d'aller apporter des calories à un ou plusieurs aérothermes situés sur le circuit de refroidissement CR, et éventuellement d'alimenter un dispositif réduit de refroidissement d'alimentation turbo pour le moteur à combustion, ou encore un autre 20 dispositif de refroidissement (pour une boîte de vitesse par exemple). Le dispositif DIS comporte optionnellement une sortie d'eau secondaire SES destinée à alimenter un échangeur de chaleur pour l'huile moteur. Le circuit de circulation interne CCI forme un réseau de virages serrés contre une paroi du dispositif DIS commune aux chambres de refroidissement 25 de l'air de suralimentation et des gaz d'échappement présentes respectivement dans les compartiments CP1 et CP2. En variante le circuit interne CCI forme des spirales ou des virages d'abord dans une des chambres de refroidissement puis dans l'autre. Il est à noter que dans une variante de réalisation de l'invention, le 30 circuit de circulation CCI est interne à la culasse du moteur à combustion. 3049312 6 Dans ce cas le fluide caloporteur refroidit l'air de suralimentation et les gaz d'échappement par contact entre la culasse et les chambres de refroidissement des compartiments CP1 et CP2. A son entrée dans le boîtier BES l'eau ressort alors directement par la sortie SE sans passer par un 5 réseau de virages ou de serpentins. Un circuit de refroidissement CR selon l'invention est représenté sur la figure 3. Il intègre un dispositif DIS selon l'invention dans un circuit CC de circulation d'eau, comportant une pompe de circulation non représentée qui 10 permet à l'eau de circuler depuis la sortie SE du boîtier BES vers un radiateur RAD du véhicule, puis du radiateur RAD vers la culasse du moteur à combustion, la culasse étant connectée à l'entrée EE du boîtier BES du dispositif DIS. L'eau en sortie du dispositif DIS est dirigé vers un ou plus aérothermes CTP, et éventuellement vers d'autres dispositifs de 15 refroidissement, avant de revenir vers le radiateur RAD pour y être refroidie via l'air entrant dans le véhicule. Une vanne V à trois voies permet à l'eau en sortie du ou des aérothermes CTP de revenir directement vers le moteur à combustion GMPT, en passant dans un circuit de dérivation CD qui court-circuite le radiateur 20 RAD, pour permettre à l'eau de préchauffer le moteur à combustion GMPT. Le calculateur gérant le système de refroidissement des organes du véhicule commande la vanne V de manière à faire passer l'eau dans le circuit de dérivation CD lorsque le moteur à combustion est froid c'est-à-dire en phase de démarrage, et que la température en sortie dudit dispositif DIS est 25 inférieure à un seuil de température prédéterminé. Lorsque le moteur ne nécessite plus de préchauffage, le calculateur commande la vanne V de manière à interdire la circulation de l'eau dans le circuit de circulation CD, et à envoyer l'eau en sortie du dispositif DIS vers le ou les aérothermes puis vers le radiateur RAD. 30 3049312 7 Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide caloporteur utilisé par le dispositif compact de refroidissement selon l'invention est de l'eau, mais en variante, d'autres fluides caloporteurs sont bien sûr utilisables. Le dispositif compact de refroidissement est de plus implémenté différemment 5 dans d'autres modes de réalisation, par exemple ses compartiments sont disposés horizontalement au-dessous du boîtier d'eau et comportent une zone d'échange thermique supplémentaire apte à refroidir un circuit d'huile moteur. REVENDICATIONS1. Dispositif (DIS) compact de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion (GMPT) d'un véhicule, utilisant un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comporte : - un compartiment (CP1) abritant une zone d'échange thermique (ZE1) entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation amenant de l'air de suralimentation audit moteur à combustion (GMPT), - un compartiment (CP2) abritant une zone d'échange thermique (ZE2) entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation de recirculation de gaz d'échappement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits compartiments (CP1, CP2) sont solidaires d'un boîtier (BES) comportant une entrée (EE) et au moins une sortie (SE) dudit fluide caloporteur apte à être connectée à un circuit de circulation (CC) dudit fluide caloporteur, ledit boîtier (BES) comportant en outre une sonde de température (ST) en aval desdites zones d'échange thermiques (ZE1, ZE2). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un compartiment abritant une zone d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et un circuit de circulation d'huile dudit moteur à combustion (GMPT). 4. Circuit de refroidissement (CR) comportant : - un dispositif compact (DIS) de refroidissement selon la revendication 2, 3049312 9 un circuit de circulation (CC) dudit fluide caloporteur apte à faire circuler ledit fluide caloporteur depuis ladite au moins une sortie (SE) dudit boîtier (BES) vers un radiateur (RAD) dudit véhicule, puis dudit radiateur (RAD) vers la culasse dudit moteur à combustion, ladite culasse étant 5 connectée à ladite entrée (EE) dudit boîtier (BES) dudit dispositif (DIS). 5. Circuit de refroidissement (CR) selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit de circulation (CC) est en outre apte à faire circuler ledit fluide caloporteur en sortie dudit dispositif (DIS) de refroidissement vers au moins 10 un aérotherme (CTP). 6. Circuit de refroidissement (CR) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de dérivation (CD) court-circuitant ledit radiateur (RAD), ainsi qu'une vanne (V) apte à diriger ledit fluide caloporteur 15 dans le circuit de dérivation (CD) puis dans ledit circuit de circulation (CC) sans passer par ledit radiateur (RAD), lorsque la température (T) en sortie dudit boîtier (BES) est inférieure à un seuil de température prédéterminé. 20 25