Brevet FR3063523A1 — publié le 20180907

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un groupe motopropulseur à moteur à combustion interne 5 suralimenté. Elle concerne plus particulièrement un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, un circuit d'alimentation en air dudit moteur, un circuit de liquide de refroidissement du moteur et un ventilateur, ledit circuit 10 d'alimentation en air du moteur comprenant un compresseur et un radiateur, ledit radiateur à air, à l'intérieur duquel l'air comprimé par le compresseur est apte à circuler pour y être refroidi, étant disposé entre le compresseur et l'entrée d'admission d'air du moteur et, à proximité du ventilateur, pour être disposé dans le flux d'air produit par le ventilateur. 15 ART ANTERIEUR Un grand nombre de systèmes de refroidissement pour l'air de suralimentation de moteur à explosion, encore appelé moteur thermique ou moteur à 20 combustion interne, sont connus. Cet air de suralimentation qui alimente l'entrée d'admission d'air du moteur est un air comprimé par un compresseur entrainé indirectement via une turbine par l'échappement ou directement par le moteur. Un tel refroidissement de l'air de suralimentation, en amont de l'entrée d'admission en air du moteur, permet de réduire le volume de l'air comprimé et 25 d'augmenter ainsi la densité de l'air de suralimentation arrivant au moteur. Les systèmes de refroidissement existants se caractérisent par leur complexité et leur encombrement. Le refroidissement s'opère fréquemment à l'aide du radiateur à air disposé sur le circuit d'admission d'air. Ce radiateur à air forme un échangeur thermique air/air avec l'air ambiant, obligeant à surdimensionner 30 ledit radiateur. BUTS ET RESUME 3063523 2 Un but de l'invention est de proposer un groupe motopropulseur dont la conception permet une diminution des dimensions du radiateur à air du circuit d'admission d'air du moteur sans nuire à l'efficacité dudit refroidissement. A cet effet, l'invention a pour objet un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, un circuit d'alimentation en air dudit moteur, un circuit de liquide de refroidissement du moteur et un ventilateur, ledit circuit d'alimentation en air du moteur comprenant un compresseur et un radiateur, ledit radiateur à air à l'intérieur duquel l'air comprimé par le compresseur est apte à circuler pour y être refroidi étant disposé entre le compresseur et l'entrée d'admission d'air du moteur et à proximité du ventilateur pour être disposé au moins partiellement dans le flux d'air produit par le ventilateur, caractérisé en ce qu'au moins une portion du circuit du liquide de 15 refroidissement du moteur forme avec au moins une partie de la portion du circuit d'alimentation en air du moteur disposé entre le compresseur et le radiateur à air un échangeur thermique air/liquide. L'utilisation du liquide de refroidissement du moteur pour un échange 20 thermique avec l'air de suralimentation permet un refroidissement efficace dudit air. Selon un mode de réalisation de l'invention, la partie de la portion du circuit d'alimentation en air du moteur disposée entre le compresseur et le radiateur à 25 air et formant un échangeur thermique air/liquide avec une portion du circuit de liquide de refroidissement, est formée d'une pluralité de tubes entretoisés, parallèles, à l'intérieur desquels l'air issu du compresseur est apte à circuler depuis l'une des extrémités dite d'admission d'air en direction de l'autre extrémité dite d'échappement d'air de chaque tube, lesdits tubes et leurs 30 entretoises étant logés à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire délimitant avec les entretoises, disposées de manière décalée axialement le long des tubes, une enceinte munie d'une entrée et d'une sortie de circulation de fluide 3063523 3 disposées sur le circuit de liquide de refroidissement pour une alimentation en liquide de refroidissement de ladite enceinte. Il en résulte un encombrement réduit de l'ensemble et une facilité de mise en 5 oeuvre sans perturber la circulation du flux d'air. De préférence, chaque entretoise affecte la forme d'une platine munie d'orifices traversants logeant chacun, de manière étanche à l'air, l'extrémité d'un tube, l'enveloppe tubulaire affecte la forme d'un corps creux allongé et 10 l'ensemble tubes/entretoises est immobilisé axialement à l'intérieur de ladite enveloppe par couplage de manière étanche à l'air des entretoises, de préférence au niveau du bord périphérique externe des entretoises, à la face interne du corps constitutif de l'enveloppe tubulaire. Il en résulte une parfaite étanchéité de l'enceinte au niveau de la liaison entretoises/enveloppe tubulaire et entretoises/tubes. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe tubulaire qui est un corps creux allongé est munie extérieurement d'ailettes. La présence d'ailettes permet d'augmenter la surface d'échange et d'utiliser le flux d'air du ventilateur comme moyen de refroidissement supplémentaire. De préférence, les ailettes affectent la forme de spires ou collerettes radiales 25 externes circulaires parallèles s'étendant sur au moins une partie du pourtour de l'enveloppe. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'entrée et la sortie de circulation de fluide de l'enceinte délimitée par l'enveloppe et les entretoises sont 30 respectivement ménagées l'une, au niveau des extrémités d'échappement d'air des tubes, l'autre, au niveau des extrémités d'admission d'air des tubes, pour permettre, à l'intérieur de ladite enceinte, une circulation du liquide de 3063523 4 refroidissement et de l'air à contre-courant. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite enceinte est positionnée à la périphérie du ventilateur. 5 Ce positionnement de l'enceinte permet à cette dernière de recevoir une plus grande masse d'air du ventilateur. Selon un mode réalisation de l'invention, le groupe motopropulseur comprend 10 un thermostat ou un capteur de mesure d'un paramètre représentatif de la température de l'air du circuit d'alimentation en air du moteur, et la portion du circuit de liquide de refroidissement disposée entre le moteur et l'entrée de circulation de fluide de l'enceinte délimitée par l'enveloppe et les entretoises est munie d'un organe d'obturation pilotable monté mobile entre une position 15 fermée et une position ouverte en fonction des données de température mesurées. Il en résulte la possibilité de réguler le débit du flux de liquide de refroidissement pour éviter un refroidissement trop important du flux d'air de 20 suralimentation. L'invention a encore pour objet un engin roulant automoteur caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur du type précité. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue schématique partielle d'un groupe motopropulseur, La figure 2 représente un schéma des différents flux de fluide au sein du 3063523 5 groupe motopropulseur, La figure 3 représente une vue en perspective de l'échangeur thermique air/liquide, une partie de l'enveloppe n'ayant pas été représentée pour permettre de visualiser l'intérieur de l'échangeur, 5 La figure 4 représente une vue en position éclatée des éléments le constituant de l'échangeur thermique air/liquide, et La figure 5 représente sous forme de deux vues de détail chacune des extrémités de l'échangeur thermique air/liquide. 10 DESCRIPTION DETAILLEE Comme mentionné ci-dessus, l'invention a pour objet un groupe 1 motopropulseur qui comprend un moteur 2 thermique à combustion interne. Ce moteur 2 comporte une entrée 6 d'admission d'air et un collecteur 22 15 d'échappement pour les gaz qui sortent du moteur 2. Ces gaz parviennent par une canalisation appropriée à une turbine 41 d'un turbo-compresseur 4. Les gaz d'échappement font tourner la turbine 41, avant d'être évacués dans l'atmosphère par une canalisation de sortie via un système de dépollution. La turbine 41 entraine en rotation le rotor du compresseur 4 monté solidaire en 20 rotation de la turbine 41. Le rotor du compresseur 4 aspire, lors de sa rotation l'air ambiant par une canalisation équipée d'un filtre à air. Le compresseur 4 comprime cet air pour le refouler, via un circuit 3 d'alimentation en air, vers l'entrée 6 d'admission d'air du moteur. De manière équivalente, l'air d'admission du moteur peut être envoyé au moteur par un compresseur 25 directement entraîné par le moteur. Le circuit 3 d'alimentation en air, qui est représenté par un trait et des points à la figure 2, comprend, entre le compresseur 4 et l'entrée 6 d'admission d'air du moteur 2, un radiateur 5 à air. Ce radiateur 5 à air est disposé à proximité d'un ventilateur 7 apte à faire passer un air ambiant le long du radiateur pour augmenter l'efficacité de 30 refroidissement du radiateur 5 qui forme avec le flux d'air du ventilateur un échangeur air/air. Ce radiateur 5 se présente sous la forme de tubes verticaux reliés en entrée à un collecteur d'entrée d'air et en sortie à un collecteur de 3063523 6 sortie d'air. Les tubes sont séparés entre eux par des ailettes. L'air de suralimentation circule dans les tubes. L'air ambiant circule à travers les ailettes et refroidit par conduction la paroi des tubes. Ce radiateur 5 est appelé échangeur thermique à courants croisés. 5 Le groupe 1 motopropulseur comprend encore un circuit 16 de liquide de refroidissement du moteur 2 qui comprend un radiateur 161 et une pompe (non représentée). En fonctionnement, le moteur 2 entraine la pompe qui assure la circulation du liquide de refroidissement, tel que de l'eau ou une solution 10 aqueuse, entre le moteur 2 et le radiateur 161. Ce circuit 16 de liquide de refroidissement est représenté par un trait et des croix à la figure 2. Le liquide de refroidissement envoyé au moteur 2 en absorbe la chaleur et retourne au radiateur. La chaleur recueillie par le liquide de refroidissement est dissipée dans l'air ambiant par le radiateur 161 en soi-connu. Un ventilateur 7, qui est 15 de préférence, le même que celui disposé à proximité du radiateur 5 à air du circuit 3 d'alimentation en air, fait passer un air ambiant le long du radiateur 161 pour augmenter l'efficacité de refroidissement du radiateur 161 qui forme avec le flux d'air du ventilateur un échangeur air/air. 20 Conformément à l'invention, au moins une partie de la portion 31 du circuit 3 d'alimentation en air du moteur 2 disposée entre le compresseur 4 et le radiateur 5 à air forme, avec une portion du circuit 16 du liquide de refroidissement du moteur 2, un échangeur 20 thermique air/liquide. La partie de la portion 31 du circuit 3 d'alimentation en air du moteur 2 disposée entre le 25 compresseur 4 et le radiateur 5 à air et formant un échangeur 20 thermique air/liquide avec une portion du circuit 16 de liquide de refroidissement, est formée d'une pluralité de tubes 8 entretoisés, parallèles, à l'intérieur desquels l'air issu du compresseur 4 est apte à circuler depuis l'une des extrémités dite d'admission d'air et représentée en 9 aux figures de chaque tube 8, en 30 direction de l'autre extrémité dite d'échappement d'air et représentée en 10 de chaque tube 8. Ces tubes 8, qui sont dans l'exemple représenté au nombre de huit, et leurs entretoises 11 qui sont au nombre de deux, sont logés à l'intérieur 3063523 7 d'une enveloppe 12 tubulaire cylindrique. Ces tubes peuvent être de section transversale quelconque à savoir, ronde, carrée, ovoïde ou autre, même si une section transversale circulaire est préférée. Cette section transversale des tubes peut être constante ou non d'une extrémité à l'autre des tubes. La 5 surface de chaque tube peut être lisse ou présenter des déformations ou ajouts ponctuels de matière aptes à permettre une optimisation des échanges thermiques. L'ensemble tubes 8/entretoises 11/enveloppe 12 forme ainsi un tronçon du circuit 3 d'alimentation en air du moteur entre le compresseur 4 et le radiateur 5 à air. Cet ensemble se raccorde au reste du circuit d'alimentation 10 en air du moteur, et en particulier à des conduits constitutifs du circuit d'alimentation en air du moteur, au niveau des extrémités de l'enveloppe. Ainsi, un conduit raccorde une extrémité de l'enveloppe 12 à la sortie du compresseur 4 tandis qu'un autre conduit raccorde l'autre extrémité de l'enveloppe 12 à l'entrée du radiateur 5 à air. Une continuité de circulation d'air 15 entre la sortie du compresseur 4 et le radiateur 5 via les tubes 8 est donc assurée. Pour assurer une telle continuité fluidique, l'ensemble enveloppe 12/tubes 8/entretoises 11 est réalisé tel que suit. Les entretoises 11 sont disposées de manière décalée axialement le long des tubes 8. Chaque entretoise 11 affecte la forme d'une platine munie d'orifices traversants logeant 20 chacun de manière étanche à l'air l'extrémité d'un tube 8. Il y a donc autant d'orifices traversants que de tubes. Chaque tube est maintenu au niveau de chacune de ses extrémités, généralement par soudure à l'intérieur d'un orifice traversant de l'une des platines dans une position dans laquelle l'extrémité du tube est disposée en affleurement de la platine. La soudure permet d'assurer 25 une étanchéité au niveau de l'espace entre tube et orifice. Ainsi, les platines disposées à chacune des extrémités de tubes maintiennent les tubes en disposition parallèle. Cet ensemble tubes/entretoises, tel que représenté à la figure 4, peut être enfilé à l'intérieur de l'enveloppe 12 tubulaire qui affecte la forme d'un corps creux allongé. L'ensemble tubes 8/entretoises 11 est 30 immobilisé axialement à l'intérieur de ladite enveloppe 12 par couplage des entretoises 11 à la face interne du corps constitutif de l'enveloppe tubulaire. Ce couplage s'opère par soudure du bord circonférentiel externe des platines 3063523 8 constitutives des entretoises 11 à ladite face interne du corps constitutif de l'enveloppe 12 tubulaire. A nouveau, ce couplage permet d'obtenir une étanchéité à l'air entre platines et enveloppe. Ainsi, les platines constitutives des entretoises 11, à l'état fixé des tubes 8 sur les entretoises 11 et immobilisé 5 de l'ensemble entretoises 11/tubes 8 à l'intérieur de l'enveloppe 12, forment, avec ladite enveloppe 12, une enceinte 13. Cette enceinte 13 est munie d'une entrée 14 et d'une sortie 15 de circulation de fluide qui sont formées respectivement par une ouverture traversante ménagée dans l'enveloppe 12. L'entrée 14 et la sortie 15 de circulation de fluide de l'enceinte forment donc 10 une entrée et une sortie radiales de l'enceinte 13 dont l'axe longitudinal s'étend parallèlement à l'axe longitudinal des tubes 8. Ces entrée 14 et sortie 15 de circulation de fluide de l'enceinte sont disposées sur le circuit 16 de liquide de refroidissement pour une alimentation en liquide de refroidissement de l'enceinte 13. En particulier, le circuit 16 de liquide de refroidissement, tel que 15 décrit ci-dessus, comprend, sur la portion du circuit 16 de refroidissement d'amenée du liquide de refroidissement du moteur 2 au radiateur 161, une division du circuit en deux branches qui se rejoignent en aval du radiateur 161. L'une des branches sur laquelle est disposée l'enceinte 13 décrite ci-dessus, alimente en liquide de refroidissement l'enceintel3 ainsi traversée par le 20 liquide de refroidissement. L'autre branche, sur laquelle est disposé le radiateur 161, alimente le radiateur. Dans l'exemple représenté, le groupe 1 motopropulseur comprend un capteur 18 de mesure de la température de l'air du circuit 3 d'alimentation en air du 25 moteur 2 en entrée 6 du moteur thermique 2 et la portion du circuit 16 de liquide de refroidissement disposée entre le moteur 2 et l'entrée 14 de circulation de fluide de l'enceinte 13 délimitée par l'enveloppe 12 et les entretoises 11 est munie d'un organe 19 d'obturation, en l'occurrence une électrovanne pilotable, monté mobile entre une position fermée et une position 30 ouverte en fonction des données de température mesurées. Cet organe 19 d'obturation est disposé entre le point de division du circuit 16 de liquide de refroidissement en deux branches et l'entrée 14 de l'enceinte 13 pour 3063523 9 permettre à volonté une alimentation en liquide de refroidissement de l'enceinte 13 en fonction de la température mesurée. On note que, dans l'exemple représenté, l'entrée 14 et la sortie 15 de 5 circulation de fluide de l'enceinte 13 contenant les tubes 8 et délimitée par l'enveloppe 12 et les entretoises 11 sont respectivement ménagées l'une, au niveau des extrémités 10 d'échappement d'air des tubes, l'autre, au niveau des extrémités 9 d'admission d'air des tubes, pour permettre, à l'intérieur de ladite enceinte 13, une circulation du liquide de refroidissement et de l'air à contre- 10 courant. Ces entrée 14 et sortie 15 de circulation de fluide de l'enceinte 13 sont bien évidemment disposées à l'intérieur de l'intervalle délimité par les entretoises 11. Ainsi, à l'intérieur de l'enceinte 13, l'air circule dans les tubes 8 depuis l'extrémité 9 d'admission d'air des tubes vers l'extrémité 10 d'échappement d'air des tubes 8, tandis que le liquide de refroidissement 15 circule à l'extérieur des tubes 8, le long des tubes 8, depuis l'extrémité 10 d'échappement d'air vers l'extrémité 9 d'admission d'air. Pour aider au refroidissement de l'enveloppe 12, cette dernière qui est un corps creux allongé est munie extérieurement d'ailettes 17. Ces ailettes 20 affectent la forme de spires ou collerettes radiales externes circulaires parallèles s'étendant, dans l'exemple représenté, pour certaines, sur une partie du pourtour de l'enveloppe, pour d'autres, sur la totalité du pourtour de l'enveloppe. L'enveloppe 12 et l'enceinte 13 qu'elle délimite sont positionnées à la périphérie du ventilateur 7 pour profiter au maximum du flux d'air de 25 refroidissement issu du ventilateur 7. En effet, le ventilateur présente, au niveau de sa zone centrale, un flux d'air réduit. Ainsi, le ventilateur étant considéré comme inscrit dans un cylindre de rayon R et de centre O disposé sur l'axe de rotation du ventilateur, l'enveloppe 12 et l'enceinte 13 qu'elle délimite sont disposées à l'intérieur dudit cylindre et sont écartées du centre O 30 du cylindre d'une distance au moins égale au tiers, de préférence au moins égale à la moitié du rayon, de préférence encore au moins égale à 0,75 fois le rayon dudit cylindre. Ainsi, dans l'exemple représenté, l'enveloppe 12 est 3063523 10 disposé d'un côté, c'est-à-dire le long de l'une des faces du ventilateur 7, tandis que le radiateur 5 à air est disposé de l'autre côté, c'est-à-dire le long de l'autre face du ventilateur 7 pour une utilisation optimale du flux d'air produit par le ventilateur 7. Grâce à une telle conception du groupe motopropulseur, l'air de suralimentation dont la température est voisine de 170°C en sortie du compresseur 4 peut être refroidi jusqu'à une température voisine de 50°C en sortie du radiateur 5 à air avant entrée dans le moteur 2. 5 10 REVENDICATIONS1. Groupe (1) motopropulseur comprenant un moteur (2) thermique, un circuit 5 (3) d'alimentation en air dudit moteur (2), un circuit (16) de liquide de refroidissement du moteur (2) et un ventilateur (7), ledit circuit (3) d'alimentation en air du moteur (2) comprenant un compresseur (4) et un radiateur (5), ledit radiateur (5) à air à l'intérieur duquel l'air comprimé par le compresseur (4) est apte à circuler pour y être refroidi étant disposé entre le 10 compresseur (4) et l'entrée (6) d'admission d'air du moteur (2) et à proximité du ventilateur (7) pour être disposé au moins partiellement dans le flux d'air produit par le ventilateur (7), caractérisé en ce qu'au moins une portion du circuit (16) du liquide de refroidissement du moteur (2) forme, avec au moins une partie de la portion 15 (31) du circuit (3) d'alimentation en air du moteur (2) disposée entre le compresseur (4) et le radiateur (5) à air, un échangeur (20) thermique air/liquide. 2. Groupe (1) motopropulseur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la partie de la portion (31) du circuit (3) d'alimentation en air du moteur (2) disposée entre le compresseur (4) et le radiateur (5) à air et formant un échangeur (20) thermique air/liquide avec une portion du circuit (16) de liquide de refroidissement, est formée d'une pluralité de tubes (8) entretoisés, parallèles, à l'intérieur desquels l'air issu du compresseur (4) est 25 apte à circuler depuis l'une (9) des extrémités, dite d'admission d'air, en direction de l'autre extrémité (10), dite d'échappement d'air, de chaque tube (8), lesdits tubes (8) et leurs entretoises (11) étant logés à l'intérieur d'une enveloppe (12) tubulaire délimitant avec les entretoises (11), disposées de manière décalée axialement le long des tubes (8), une enceinte (13) munie 30 d'une entrée (14) et d'une sortie (15) de circulation de fluide disposées sur le circuit (16) de liquide de refroidissement pour une alimentation en liquide de refroidissement de ladite enceinte (13). 3063523 12 3. Groupe (1) motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque entretoise (11) affecte la forme d'une platine munie d'orifices traversants logeant chacun de manière étanche à l'air 5 l'extrémité d'un tube (8), en ce que l'enveloppe (12) tubulaire affecte la forme d'un corps creux allongé et en ce que l'ensemble tubes (8)/entretoises (11) est immobilisé axialement à l'intérieur de ladite enveloppe (12) par couplage de manière étanche à l'air des entretoises (11), de préférence au niveau du bord périphérique externe des entretoises (11), à la face interne du corps constitutif 10 de l'enveloppe (12) tubulaire. 4. Groupe (1) motopropulseur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (12) tubulaire qui est un corps creux allongé est munie extérieurement d'ailettes (17). 15 5. Groupe (1) motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ailettes (17) affectent la forme de spires ou collerettes radiales externes circulaires parallèles s'étendant sur au moins une partie du pourtour de l'enveloppe (12). 20 6. Groupe (1) motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'entrée (14) et la sortie (15) de circulation de fluide de l'enceinte (13) délimitée par l'enveloppe (12) et les entretoises (11) sont respectivement ménagées l'une (14), au niveau des extrémités (10) 25 d'échappement d'air des tubes (8), l'autre (15), au niveau des extrémités (9) d'admission d'air des tubes (8), pour permettre, à l'intérieur de ladite enceinte (13), une circulation du liquide de refroidissement et de l'air à contre-courant. 7. Groupe (1) motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 6, 30 caractérisé en ce que ladite enceinte (13) est positionnée à la périphérie du ventilateur (7). 3063523 13 8. Groupe (1) motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un thermostat ou un capteur (18) de mesure d'un paramètre représentatif de la température de l'air du circuit (3) d'alimentation en air du moteur (2) et en ce que la portion du circuit (16) de liquide de refroidissement disposée entre le moteur (2) et l'entrée de circulation de fluide de l'enceinte délimitée par l'enveloppe (12) et les entretoises (11) est munie d'un organe (19) d'obturation pilotable monté mobile entre une position fermée et une position ouverte en fonction des données de température mesurées. 9. Engin roulant automoteur caractérisé en ce qu'il est équipé d'un groupe motopropulseur conforme à l'une des revendications 1 à 8.