Brevet FR3047273A1 — publié le 20170804

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 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 entrant dans le compresseur ou sortant du 3047273 2 compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur. La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple 5 une phase d'accélération du véhicule ou une phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille (fonctionnement « stop and start » en anglais). Grâce à l'invention, le dispositif de refroidissement est agencé de sorte que le refroidissement de l'air d'admission augmente la densité de 10 l'air d'admission tout en maintenant la pression de manière à réduire la consommation électrique du compresseur de suralimentation ou, en variante, à puissance électrique constante d'augmenter la densité de l'air. Avantageusement le dispositif de refroidissement est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement, notamment de l'eau 15 ou un liquide d'un circuit de climatisation du véhicule. L'eau de refroidissement peut par exemple provenir d'une source basse température présente sur le véhicule (notamment moins de 40°C) ou le liquide de climatisation provenant du circuit de climatisation. Le dispositif de refroidissement est de préférence connecté 20 fluidiquement à un circuit de climatisation du véhicule. Le dispositif de refroidissement comporte notamment des canaux pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux étant agencés pour refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux. Les canaux de refroidissement s'étendent par exemple au moins 25 partiellement en parallèle entre eux. Si on le souhaite, l'un au moins des canaux, notamment tous les canaux, comportent au moins une paroi plane au contact de laquelle l'air d'admission est refroidi. Le dispositif de refroidissement est notamment un composant 30 placé sur le chemin de l'air d'admission en amont ou en aval du compresseur de suralimentation électrique. 304 72 73 3 Avantageusement le système comporte en outre un turbocompresseur placé sur le chemin de l'air d'admission, en plus du compresseur de suralimentation électrique. Le compresseur de suralimentation électrique est notamment 5 agencé, durant la phase transitoire, pour être activé avant l'activation du turbocompresseur. Le compresseur de suralimentation (« electric supercharger » en anglais) vient en complément du turbocompresseur pour palier son temps de réponse (dû à son inertie et au temps nécessaire pour que les gaz 10 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. La vitesse de rotation de ce type de machine électrique peut 15 atteindre 70000 tours/min. 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. Le système est notamment agencé de sorte que, lorsque le 20 compresseur de suralimentation électrique est désactivé, l'air d'admission provenant du turbocompresseur est dévié du dispositif de refroidissement de manière à éviter que cet air d'admission qui peut être chauffé par le turbocompresseur n'entrave le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement. 25 Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le système comporte un circuit de dérivation présentant une entrée disposée entre le turbocompresseur et l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée entre cet ensemble et le moteur à combustion, de manière à permettre une 30 dérivation d'air d'admission provenant du turbocompresseur vers le moteur 3047273 4 thermique sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement. En variante, le système comporte un circuit de dérivation présentant une entrée disposée en amont de l'ensemble formé par le 5 compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée entre cet ensemble et le turbocompresseur, de manière à permettre une dérivation d'air d'admission vers le turbocompresseur sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement. 10 Le circuit de dérivation comporte avantageusement une vanne de dérivation, cette vanne étant agencée pour être sélectivement ouverte pour laisser l'air d'admission passer dans ce circuit de dérivation et fermée pour imposer le passage d'air d'admission vers le compresseur de suralimentation électrique. 15 Le système comporte de préférence une vanne de protection disposée sur le chemin de l'air d'admission et en amont de l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, de manière à bloquer toute circulation d'air d'admission provenant du turbocompresseur vers le dispositif de refroidissement. Ceci 20 permet de ne pas entraver le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement. Les vannes de dérivation et de protection sont de préférence logées dans une enceinte commune, notamment un boitier commun. Les vannes de dérivation et de protection sont avantageusement 25 actionnées par un moteur électrique commun. Si on le souhaite, les vannes de dérivation et de protection comportent chacune un volet pivotant entre une position fermée et une position ouverte, ces volets étant actionnés par le moteur électrique. Ce moteur unique pour actionner les deux vannes permet d'avoir 30 un système plus compact. De plus ce moteur commun permet de 3047273 5 commander les vannes de manière bien synchronisée, sans nécessiter de module de contrôle additionnel complexe. L'invention a encore pour objet un procédé de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce procédé 5 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 10 au moteur thermique, - Fournir un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l'air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur. 15 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 20 dessin annexé dans lequel : - les figures 1 à 3 illustrent, schématiquement et partiellement, différents modes de réalisation du système de gestion selon l'invention. On a représenté sur la figure 1 un système 1 de gestion d'air 25 d'admission pour un moteur thermique 2 de véhicule automobile, ce système 1 comportant : - un compresseur de suralimentation électrique 3 agencé pour comprimer, dans une phase transitoire de fonctionnement du moteur thermique, l'air d'admission destiné 30 au moteur thermique 2, 3047273 6 un dispositif de refroidissement 4 agencé pour refroidir l'air entrant dans le compresseur 3 ou sortant du compresseur 3, ce dispositif de refroidissement 4 étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur 3. 5 La phase transitoire de fonctionnement peut être par exemple une phase d'accélération du véhicule. ou une phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille. Le dispositif de refroidissement 4 est agencé pour être pré- 10 refroidi par un fluide de refroidissement, notamment de l'eau ou un liquide d'un circuit de climatisation du véhicule. L'eau de refroidissement est par exemple à une température inférieure à 40°C et le liquide de climatisation, le cas échéant; est pris sur le circuit de climatisation du véhicule et est à une température de moins de 10°C. 15 Le dispositif de refroidissement est connecté fluidiquement à un circuit de climatisation 5 du véhicule. Le dispositif de refroidissement 4 comporte des canaux 6 pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux 6 étant agencés pour refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux. 20 Les canaux de refroidissement 6 s'étendent en parallèle entre eux et comportent chacun des parois planes au contact de laquelle l'air d'admission est refroidi. Le dispositif de refroidissement 4 est un composant placé sur le chemin 10 de l'air d'admission en aval du compresseur de suralimentation 25 électrique 3. Le système 1 comporte en outre un turbocompresseur électrique 11 placé sur le chemin de l'air d'admission 10, en plus du compresseur de suralimentation électrique 3. Le compresseur de suralimentation électrique 3 est agencé, 30 durant la phase transitoire, pour être activé avant l'activation du turbocompresseur 11. 3047273 7 Le système 1 est agencé de sorte que, lorsque le compresseur de suralimentation électrique 3 est désactivé, l'air d'admission provenant du turbocompresseur 11 est dévié du dispositif de refroidissement 4 de manière à éviter que cet air d'admission qui peut être chauffé par le 5 turbocompresseur n'entrave le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement. Le système 1 comporte ainsi un circuit de dérivation 12 présentant une entrée 13 disposée entre le turbocompresseur 11 et l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de 10 refroidissement 4, et une sortie 14 disposée entre cet ensemble et le moteur à combustion 2, de manière à permettre une dérivation d'air d'admission provenant du turbocompresseur 11 vers le moteur thermique sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement 4. 15 En variante, comme illustré sur la figure 2, le système 1 comporte un circuit de dérivation 12 présentant une entrée 13 disposée en amont de l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de refroidissement 4, et une sortie 14 disposée entre cet ensemble et le turbocompresseur 11, de manière à permettre une 20 dérivation d'air d'admission vers le turbocompresseur 11 sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement. Un échangeur de chaleur 15 est prévu sur le chemin d'air d'admission 10 en aval du turbocompresseur 11. Cet échangeur 15 est un 25 des échangeurs connus d'air de suralimentation, il est soit refroidi par de l'air extérieur (échangeur air/ air) soit refroidi par de l'eau basse température et dans ce cas il est appelé air/eau. Le circuit de dérivation 12 comporte une vanne de dérivation 20 agencée pour être sélectivement ouverte pour laisser l'air d'admission 30 passer dans ce circuit de dérivation 12 et fermée pour imposer le passage d'air d'admission vers le compresseur de suralimentation électrique 3. 304 72 73 8 Le système 1 comporte également une vanne de protection 21 disposée sur le chemin de l'air d'admission et en amont de l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation 3 et le dispositif de refroidissement 4, de manière à bloquer toute circulation d'air d'admission 5 provenant du turbocompresseur 11 vers le dispositif de refroidissement 4. Ceci permet de ne pas entraver le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement 4. Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 peuvent être des vannes séparées, comme illustré sur les figures 1 et 2. Dans ce cas, ces 10 vannes 20 et 21 sont par exemple commandées par des moteurs électriques distincts. En variante, comme illustré sur la figure 3, les vannes de dérivation 20 et de protection 21 sont formées par une vanne double 25 et sont logées dans un boitier commun 26. 15 Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 sont alors actionnées par un moteur électrique commun 28. Les vannes de dérivation 20 et de protection 21 comportent chacune un volet pivotant 30 et 31 entre une position fermée et une position ouverte, ces volets 30 et 31 étant actionnés par le moteur 20 électrique 28. Ce moteur unique 28 pour actionner les deux vannes permet d'avoir un système plus compact. De plus ce moteur commun permet de commander les vannes de manière bien synchronisée, sans nécessiter de module de contrôle additionnel complexe. 25 La double vanne 25 comprend ainsi deux volets dans chacune des conduites d'air, la première pour aller au compresseur de suralimentation 3 et la seconde pour assurer la fonction de dérivation du compresseur de suralimentation 3. Lors de l'activation du compresseur de suralimentation 3, le volet 31 est ouvert et le volet de dérivation 30 est 30 fermé. Lorsque le compresseur de suralimentation 3 ne fonctionne pas, la dérivation est ouverte et la voie vers le compresseur de suralimentation 3 3047273 9 est fermée de façon à ne pas réchauffer l'échangeur placé en sortie du compresseur de suralimentation 3 et de conserver ainsi toutes ses caractéristiques thermiques lors des activations du compresseur de suralimentation 3. 5 REVENDICATIONS1. Système (1) de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique (2) de véhicule automobile, ce système comportant : - un compresseur 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, - un dispositif de refroidissement (4) agencé pour refroidir l'air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur. 2. Système selon la revendication précédente, le dispositif de refroidissement (4) est agencé pour être pré-refroidi par un fluide de refroidissement, notamment de l'eau ou un liquide d'un circuit de climatisation du véhicule. 3. Système selon la revendication précédente, le dispositif de refroidissement comporte des canaux (6) pour recevoir le fluide de refroidissement, ces canaux étant agencés pour refroidir l'air admission qui vient en contact avec ces canaux. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, le dispositif de refroidissement est un composant placé sur le chemin de l'air d'admission (10) en amont ou en aval du compresseur de suralimentation électrique. 3047273 11 5. Système selon l'une des revendications précédentes, le système comporte en outre un turbocompresseur (11) placé sur le chemin de l'air d'admission, en plus du compresseur de suralimentation électrique. 5 6. Système selon la revendication précédente, le compresseur de suralimentation électrique est agencé, durant la phase transitoire, pour être activé avant l'activation du turbocompresseur. 7. Système selon l'une des revendications 5 et 6, le système est 10 agencé de sorte que, lorsque le compresseur de suralimentation électrique est désactivé, l'air d'admission provenant du turbocompresseur est dévié du dispositif de refroidissement de manière à éviter que cet air d'admission qui peut être chauffé par le turbocompresseur n'entrave le pré-refroidissement du dispositif de refroidissement. 15 8. Système selon la revendication précédente, le système comporte un circuit de dérivation (12) présentant une entrée disposée entre le turbocompresseur et l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée 20 entre cet ensemble et le moteur à combustion, de manière à permettre une dérivation d'air d'admission provenant du turbocompresseur vers le moteur thermique sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement. 25 9. Système selon la revendication 7, le système comporte un circuit de dérivation présentant une entrée disposée en amont de l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, et une sortie disposée entre cet ensemble et le turbocompresseur, de manière à permettre une dérivation d'air d'admission 30 vers le turbocompresseur sans passer par l'ensemble formé par le compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement 3047273 12 10. Système selon la revendication 8 ou 9, le circuit de dérivation comporte une vanne de dérivation (20), cette vanne étant agencée pour être sélectivement ouverte pour laisser l'air d'admission passer dans ce circuit de dérivation et fermée pour imposer le passage 5 d'air d'admission vers le compresseur de suralimentation électrique. 11. Système selon l'une des revendications 5 à 10, le système Le système comporte une vanne de protection (21) disposée sur le chemin de l'air d'admission et en amont de l'ensemble formé par le 10 compresseur de suralimentation et le dispositif de refroidissement, de manière à bloquer toute circulation d'air d'admission provenant du turbocompresseur vers le dispositif de refroidissement. 12. Système selon la revendication précédente, les vannes 15 de dérivation et de protection sont actionnées par un moteur électrique commun (28). 13. Système selon la revendication précédente, les vannes de dérivation et de protection comportent chacune un volet pivotant entre 20 une position fermée et une position ouverte, ces volets étant actionnés par le moteur électrique (28). 14. Procédé de gestion d'air d'admission pour un moteur thermique de véhicule automobile, ce procédé comportant les étapes 25 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, - Fournir un dispositif de refroidissement agencé pour refroidir l'air entrant dans le compresseur ou sortant du compresseur, ce 3047273 13 dispositif de refroidissement étant agencé pour être pré-refroidi avant l'activation du compresseur. 5