EP3237743A1 - Module d'alimentation pour moteur a combustion, comportant un canal de refroidissement - Google Patents

Module d'alimentation pour moteur a combustion, comportant un canal de refroidissement

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Publication number
EP3237743A1
EP3237743A1 EP15830813.0A EP15830813A EP3237743A1 EP 3237743 A1 EP3237743 A1 EP 3237743A1 EP 15830813 A EP15830813 A EP 15830813A EP 3237743 A1 EP3237743 A1 EP 3237743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
valve
cooling
module
interface piece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15830813.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Roméo STROBEL
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP3237743A1 publication Critical patent/EP3237743A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1035—Details of the valve housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/51—EGR valves combined with other devices, e.g. with intake valves or compressors
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/72—Housings
    • F02M26/73—Housings with means for heating or cooling the EGR valve
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
    • F02M35/10222—Exhaust gas recirculation [EGR]; Positive crankcase ventilation [PCV]; Additional air admission, lubricant or fuel vapour admission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10242—Devices or means connected to or integrated into air intakes; Air intakes combined with other engine or vehicle parts
    • F02M35/10268—Heating, cooling or thermal insulating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine

Definitions

  • the present invention relates to a gas supply module for a combustion engine, more particularly for a motor vehicle.
  • the power supply of an internal combustion engine requires the routing of different gas flows to the engine.
  • One of these flows consists essentially of fresh air, intended to ensure fuel combustion.
  • Another of these flows is gas
  • the recirculation of a portion of the exhaust gas to the engine intake is a conventional technique to reduce the production of nitrogen oxides.
  • the intake air is compressed before being admitted into the engine, for example by a centrifugal compressor driven by the exhaust gas.
  • the valves regulating the flow of the different gas flows are subjected to a high temperature, which can be problematic for the reliability of some of their components, such as the electric motor operating their shutter. . It is thus known to cool these metering valves by circulating in their structure a portion of the coolant circulating in the engine.
  • connection to the engine cooling circuit is made by hoses connecting the dosing members to the engine.
  • hoses connecting the dosing members to the engine.
  • These hoses require the addition of pipettes and connection clamps, which increase the size and the price of the solution, and lengthen the assembly time.
  • the invention seeks to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention proposes a gas supply module for a combustion engine, this module comprising:
  • an interface piece configured to be assembled on a cylinder head of the engine, the interface piece comprising a channel arranged to carry a cooling fluid
  • this valve comprising:
  • valve body having a path for conveying a hot gas, a component exposed to the heat released by the hot gas flowing in the path,
  • a channel arranged to carry a cooling fluid for cooling the component this channel being formed with the valve body, the cooling channel of the valve being connected to the cooling channel of the interface piece.
  • the cooling channel arranged in the valve makes it possible to cool the most fragile components of the valve and thus improve their reliability.
  • the cooling channels being interconnected, it is possible to circulate a cooling fluid throughout the device.
  • the cooling channel of the valve comprises a connection end arranged to be connected to a connection end of the channel of the interface piece, the connection ends being opposite one another.
  • the cooling channels each comprise an end portion adjacent to the connection end, these end portions being aligned.
  • the section of the connection end of the valve is identical to that of the interface piece.
  • the alignment of the end portions, as well as the equality of the passage sections, make it possible to minimize the disturbances of the flow of the cooling fluid and thus to minimize the pressure drops in the module.
  • the gas supply module comprises a second gas supply valve for a combustion engine, this second valve comprising:
  • valve body having a path for conveying a hot gas, a component exposed to the heat generated by the hot gas flowing in the path, a channel arranged to carry a cooling fluid for cooling the component, this channel being formed with the body valve (14,13).
  • the circulation of cooling fluid also takes place in the second valve, in order to reduce the temperature of its most fragile components.
  • the cooling channel of the second valve is connected to the cooling channel of the first valve.
  • the cooling fluid passing through the first valve then passes through the second valve to cool it as well.
  • This type of traffic is usually called "serial".
  • the cooling channel of the second valve is connected to the channel of the first valve directly, in particular with the interposition of a seal between the two connecting ends of the two channels.
  • the cooling channel of the second valve is connected to the channel of the first valve via a part
  • intermediate defining an intermediate channel having a length greater than 5 millimeters.
  • the role of this intermediate piece is to allow the circulation of the cooling fluid from one valve to the other when the two valves are not in contact with one another. Indeed, the constraints of space available under the hood can lead to move the two valves away from each other.
  • the intermediate channel is formed on the interface piece.
  • the two valves are interconnected, and the interface piece serving to support the two valves serves as a further connecting channel. This produces a circulation of cooling fluid in the two valves without using hoses.
  • one of the valves carries exhaust gas.
  • the exhaust gases passing through the valve generally called EGR valve (English, Exhaust Gas Recirculation), are recirculated to the engine intake. This in particular makes it possible to reduce the amount of nitrogen oxides formed for a diesel engine and to reduce the tendency to rattle for a gasoline engine.
  • the valve is used to precisely control the amount of recirculated gas.
  • one of the valves carries a gaseous mixture coming from a supercharging device.
  • the valve generally known as a metering device or throttle body, makes it possible to adjust the amount of combustion air admitted into the engine.
  • the valve component exposed to heat is an electric motor of the valve.
  • the electric motor is subjected to the heat of the gases passing through the valve, and dissipates itself heat because of the electric power released. These two factors combine and expose the constituents of the electric motor to a very high temperature.
  • the component of the valve exposed to heat is a position sensor of the valve.
  • the valve position sensor contains electronic components that also have a recommended maximum temperature of use.
  • the component of the valve exposed to heat is a pressure sensor of the valve.
  • the pressure sensor contains electronic components that also have a maximum recommended temperature of use.
  • the pressure sensor measures the pressure of the fluid transported by the valve.
  • the measurement of the pressure of the gases passing through the valve, where the pressure difference in the gas flow between the inlet and the outlet of the valve makes it possible to determine the flow rate passing through the valve.
  • the cooling channel of the interface piece comprises a connection end arranged to be connected to a connection end of a channel of the motor yoke, the connection ends being in contact with each other. look at each other.
  • the cooling channel of the interface piece comprises a second connection end arranged to be connected to a connection end of a channel of the motor yoke, the connection ends being opposite from each other, and the cooling fluid flows from one end of the connection of the cooling channel of the interface piece to the other.
  • the supply of the cooling fluid module is done directly by the cylinder head. Coolant circulation can be completely integrated.
  • the cooling fluid of the interface piece feeds a heat exchanger. As the fluid passing through the module becomes heated in contact with the members to be cooled, it may be useful to add a heat exchanger to it to control the temperature of the cooling fluid.
  • the cooling channel of the interface piece is made in one piece with the interface piece. This avoids having an assembly to be made on the vehicle.
  • the cooling channel of the interface piece is made by molding with the interface piece.
  • the channel is thus made in the thickness of the wall.
  • the cooling channel of the interface piece is an insert on the interface piece being in contact with the interface piece over at least a portion of the length of the channel.
  • the embodiment of the channel in the form of an insert may be necessary when it is desired to make an interface part with very thin walls. It is difficult to integrate a channel without unduly weakening the structure.
  • the channel of the interface piece is metallic. This gives good thermal conductivity and good mechanical strength.
  • the channel of the interface piece is welded, brazed, glued, fitted on the interface piece.
  • the method is to be chosen by these different options depending on the geometry of the parts, the material of the interface piece and the quantities to be produced.
  • the cooling channel of the valve is made in one piece with the valve body.
  • the cooling channel of the valve is made by molding with the valve body. The channel can thus be made closer to the areas to be cooled and have the best efficiency.
  • the cooling channel of the valve is an insert on the valve body being in contact with the valve body over at least a portion of the length of the channel.
  • the channel of the valve is metallic.
  • valve channel is welded, brazed, glued, fitted on the valve body.
  • cooling channel of the interface piece this solution will be used if the desired geometry is too complex for a casting part.
  • the module comprises a heat exchanger configured to transfer heat between the gaseous mixture leaving a cooling device. supercharging and the air surrounding the exchanger. Cooling the charge air increases the density of the air. It is advantageous to integrate the charge air cooler into the module, in order to group the maximum number of components.
  • Some exchangers are of air-air type, that is to say that the fluid for the removal of heat is the air surrounding the heat exchanger.
  • the module comprises a heat exchanger configured to transfer heat between the gas mixture leaving a supercharging device and a cooling fluid circulating in the exchanger. It is advantageous to use a circulation of liquid for the removal of heat, such as the engine coolant. Since the heat capacity of this liquid is much higher than that of air, the heat exchanger can be more compact.
  • the supercharging device comprises a centrifugal compressor.
  • the increase in the pressure of the combustion air is obtained by setting it in speed by the centrifugal compressor, followed by a slowing down by increasing the section of passage of the gases.
  • the centrifugal compressor is driven by an electric motor.
  • Most of the supercharging devices are driven by a turbine recovering a portion of the energy of the engine exhaust gases.
  • compressors are driven exclusively by an electric motor, without recourse to the recovery of a part of the energy of the exhaust gases.
  • the air heat exchanger of the module the air heat exchanger of the module
  • the control temperature can thus be best adapted to each of the cooling needs.
  • the module comprises a temperature sensor of the fluid passing through the valve, the temperature sensor being fixed on the interface piece and the channel of the interface piece is arranged to cool the sensor.
  • the channel formed in the interface piece can be used to cool a component disposed on the interface piece.
  • the module comprises a fluid pressure sensor passing through the valve, the pressure sensor being fixed on the interface piece and the channel of the interface piece being arranged to cool the sensor.
  • the channel formed in the interface piece serves to cool a component disposed on the interface piece, in addition to allowing the transport of the cooling fluid from one valve to the other.
  • the interface piece is monobloc.
  • the interface piece consists of an assembly of 2 pieces.
  • the interface piece is metallic. This allows good mechanical strength as well as good resistance to high temperatures.
  • the interface piece is formed by casting. This process makes it possible to obtain complex shapes economically. If necessary, the interface piece is formed of two halves assembled together, in order to simplify the production of each of the two pieces.
  • the module comprises a pump for circulating the cooling liquid in the channel of the interface piece.
  • This pump allows a circulation of coolant even when the engine does not power the module, for example when the engine is stopped.
  • the invention also relates to an air intake system
  • FIG. 1 to 3 show schematically an air intake system of an internal combustion engine according to various embodiments of the invention.
  • FIG. 4 is a diagrammatic partial view, in section, of interconnected cooling channels of the system of FIG. 3.
  • FIG. 1 shows an air intake system 70 comprising:
  • a supercharging device 71 arranged to supply the gas module.
  • the intake module 100 comprises all the components necessary to supply the combustion air supply of an internal combustion engine.
  • the module is arranged to be ready to mount on the combustion engine.
  • the intake module 100 makes it possible to introduce into the combustion engine the different gas flows necessary for combustion.
  • the main are the combustion air and the fraction of exhaust gas recirculated to the intake of the engine.
  • the amount of combustion air, the amount of recirculated exhaust gas can be adjusted by means of valves for modulating the flow therethrough.
  • the physical properties of the gas mixture such as its pressure and temperature, are measured, possibly at different points in the gas flow.
  • the combustion air is compressed before being admitted into the engine, it is called supercharged engine. This increases the amount of combustion air introduced into the engine, and therefore also the amount of energy that can be released by the combustion of the fuel.
  • the supercharging thus increases the performance of the engine.
  • the compression of the air before admission to the engine has the effect of heating the air and reduce its density, so it is desirable to cool. Similarly, it may be desirable to cool the recirculated exhaust gas. Thus, all or part of the different gas flows will be cooled in the intake module.
  • FIG 1 shows schematically the different gas flows into and out of the engine.
  • the outside air 30 enters an air inlet 28. It mixes with the stream 43 of recirculated exhaust gas according to the so-called "low pressure" architecture. These gases exhaust are drawn downstream of a depollution device 8 to reduce the amount of pollutants formed.
  • the flow of recirculated gas is regulated by a valve 27.
  • This mixture is then compressed by a compressor 2.
  • the flow 31 is conveyed to the throttle body 3, which will regulate the flow rate of flow 32.
  • the flow 32 enters a heat exchanger 4 to be cooled, then comes out to enter an interface room 5.
  • the interface piece 5 also receives a "high pressure" recirculated exhaust gas stream, that is to say leaving the motor in the form of the stream 40, which is cooled in a heat exchanger 10, to form the flow 41 which enters a metering valve 11.
  • the metering valve 11 will regulate the output flow flow 42.
  • the flow 42 of recirculated exhaust gas "high pressure” enters the interface piece 5 where it y joins the combustion air flow described in the previous paragraph and shown schematically by the set of flows 33.
  • the mixture obtained, schematized by the stream 34 is distributed to supply each cylinder of the engine.
  • Flow 35 schematizes the gas mixture admitted into each of the engine cylinders.
  • the invention thus comprises a gas supply module 100 for a combustion engine, this module comprising an interface piece 5 configured to be assembled on a cylinder head 1 of the engine, the interface piece comprising a channel 51, 53 , 55 arranged to carry a cooling fluid, a gas supply valve 3,11 for a combustion engine, this valve comprising a valve body 13,14 having a path for conveying a hot gas, a component 21,22 Exposed to the heat generated by the hot gas flowing in the channel, a channel 52, 54 arranged to carry a cooling fluid for cooling the component, said channel 52, 54 being formed with the valve body 13, 14, the cooling channel 52,54 of the valve 3,11 being connected to the cooling channel 51,53,55 of the interface part 5.
  • the valve consists of a valve body 13,14, a rotary flap 20,25 which allows to adjust the flow rate through the valve by varying its opening angle.
  • An electric motor 21, 26 makes it possible to control the opening and closing of the valve 13, 14.
  • One or more position sensors 22 make it possible to ensure a closed-loop control of the position of the flap, this steering of the position of the flap being ensured by the engine control computer.
  • the valve structure described above concerns both the valve regulating the flow of combustion air and that regulating the flow of recirculated exhaust gas.
  • the recirculated exhaust gas can be very hot, for example a temperature greater than 500 °.
  • This flow of hot gases heats the valve body as well as all components attached to the valve body. Some of them, such as the electric motor or the electronic circuit of the position sensor, can thus be brought to a temperature close to their temperature limit of use.
  • This temperature limit of use depends on the technologies employed, but it is generally much more expensive to use a component with an increased use limit rather than a standard component. It is therefore useful to be able to cool the valve to reduce the temperature of the most fragile components.
  • a cooling channel arranged in the valve makes it possible to cool the most fragile components of the valve and thus to improve their reliability. This channel is placed in communication with a channel arranged in the interface piece 5.
  • the thermal stresses are similar. Indeed, a strong compression of the air can bring the temperature of the air up to more than 200 °.
  • the combustion air also contains recirculated exhaust gas, which also increases the temperature of the mixture. Indeed, in the so-called "low pressure" architecture, a portion of the exhaust gas is reintroduced into the engine upstream of the supercharging device. Therefore, the components of the throttle body can also be operated at a temperature near or above their temperature limit of use.
  • the cooling channel 52 of the valve 3 has a connection end 60 arranged to be connected to a connection end 61 of the channel 51 of the interface piece 5, the connection ends 60, 61 facing each other.
  • the connection between the channels is thus direct without resorting to a hose extension type.
  • the cooling channels 51, 52 each comprise an end portion 63, 62 adjacent to the connecting end 61, 60, these end portions 63, 62 being aligned.
  • connection end 60 of the valve 3 is identical to that of the interface piece 5.
  • FIG. 1 shows that the gas supply module comprises a second gas supply valve 11, for a combustion engine, this second valve 11, 3 comprising a valve body 14, comprising a channel for transporting a hot gas, a component 26,21,22 exposed to the heat released by the hot gas flowing in the channel, a channel 54,52 arranged to carry a cooling fluid to cool the component 26,21,22, this channel 54 52 being formed with the valve body 14,13.
  • the second valve, 11, here is the high pressure exhaust gas recirculation valve. "High pressure" means recirculation in the intake manifold.
  • cooling channel 54, 52 of the second valve 11, 3 is connected to the cooling channel 52, 54 of the first valve 3, 11.
  • the cooling fluid passing through the first valve then passes through the second valve to cool it as well.
  • This type of traffic is usually called "serial".
  • the cooling fluid leaving the channel 50 of the cylinder head 1 of the motor passes through the valve 3 and returns to the cylinder head.
  • the cooling fluid leaving the channel 50 of the cylinder head 1 passes through the valve 11 and returns to the cylinder head.
  • This type of traffic is usually called "in parallel”.
  • the cooling channel 54, 52 of the second valve 11, 3 is connected to the channel 52, 54 of the first valve 3, 11 directly, in particular with the interposition of a seal 12 between the two connection ends of the two channels 54,52. The connection is made without any intermediate part, with the exception of the seal
  • the cooling channel 54, 52 of the second valve 11, 3 is connected to the channel 52, 54 of the first valve 3, 11 via an intermediate part defining an intermediate channel 53 having a length greater than 5 millimeters. More specifically, the intermediate channel 53 is formed on the interface piece 5.
  • the two valves are interconnected, and the interface piece which carries the two valves serves as more connecting channel. This produces a circulation of cooling fluid in the two valves without using hoses.
  • one of the valves 3,11 carries a gaseous mixture from a supercharging device and makes it possible to adjust the quantity of combustion air admitted to the engine.
  • the component of the valve 3,11 exposed to heat is an electric motor 21,26 of the valve.
  • the electric motor is subjected to the heat of the gases passing through the valve, and dissipates itself heat because of the electric power released.
  • the copper wire constituting the motor winding is covered with an organic insulating varnish. This varnish must not be subjected to a temperature higher than the maximum recommended, otherwise it may be damaged, ultimately leading to defects in the electric motor.
  • Another sensitive component of the heat-exposed valve is a position sensor 22 of the valve 3.
  • the valve position sensor contains electronic components that also have a recommended maximum temperature of use.
  • the component of the valve exposed to heat is a pressure sensor of the valve 11.
  • the pressure sensor contains electronic components which also have a maximum recommended temperature of use.
  • the pressure sensor measures the pressure of the fluid transported by the valve.
  • the measurement of the pressure of the gases passing through the valve is used to estimate the flow rate of gas passing through the valve.
  • the gas flow between the inlet and the outlet of the valve can also be used to determine the flow rate through the valve.
  • the cooling channel 51, 55 of the interface part 5 comprises a connection end arranged to be connected to a connecting end of a channel 50, 56 of the cylinder head 1 of the motor, the connection ends facing each other.
  • the cooling channel 55,51 of the interface part 5 comprises a second connection end arranged to be connected to a connection end 56,50 of a channel of the cylinder head 1 of the engine, the connection ends being facing each other, and the cooling fluid flowing from a connecting end of the cooling channel 51,55 of the interface piece 5 to the other.
  • the supply of the cooling fluid module is done directly by the cylinder head. Coolant circulation can be completely integrated.
  • Cooling of the interface piece feeds a heat exchanger.
  • the fluid passing through the module heating up in contact with the organs to be cooled, it may be useful to him add a heat exchanger to control the temperature of the coolant.
  • the cooling channel 51,53,55 of the interface part 5 is made in one piece with the interface part 5. This avoids having an assembly to be made on the vehicle .
  • the cooling channel 51,53,55 of the interface piece 5 is made by molding with the interface piece 5.
  • the channel is thus made in the thickness of the wall. The insertion of pins to the molding allows to create a recess, some sections will be machined and some orifices necessary for the passage of the machining tools will be rebouched.
  • the cooling channel 51,53,55 of the interface piece 5 is made by molding with the interface piece 5.
  • the channel is thus made in the thickness of the wall.
  • the insertion of pins to the molding allows to create a recess, some sections will be machined and some orifices necessary for the passage of the machining tools will be rebouched.
  • the cooling channel 51,53,55 of the interface piece 5 is made by molding with the interface piece 5.
  • the channel is thus made in the thickness of the wall. The insertion of pins to the molding allows to create a recess, some sections will be machined and some orifices necessary for the passage of the machining tools will be rebouched.
  • the interface piece 5 is an insert on the interface piece 5 being in contact with the interface part 5 on at least a portion of the length of the channel 51,53,55.
  • the embodiment of the channel in the form of an insert may be necessary when it is desired to make an interface part with very thin walls. It is difficult to integrate a channel without unduly weakening the structure. In addition, thin walls have higher risks of porosity.
  • the channel 51,53,55 of the interface piece 5 is metallic. This gives good thermal conductivity and good mechanical strength.
  • the channel 51,53,55 of the interface piece 5 is welded, or brazed, or glued, or fitted on the interface piece 5.
  • the method is to be chosen by these different options depending the geometry of the pieces, the material of the interface piece and the quantities to be produced.
  • the cooling channel 52, 54 of the valve 3, 11 is made in one piece with the valve body 13, 14.
  • the channel 52, 54 for cooling the valve 3, 11 is made by molding with the valve body 13, 14. The channel can thus be made closer to the areas to be cooled and have the best efficiency.
  • the cooling channel 52, 54 of the valve 3, 11 is an insert on the valve body 13, 14 in contact with the valve body on at least a portion of the length of the channel 52, 54. This solution can be interesting if the geometry of the cooling channel is too complex to be obtained by a casting process.
  • the channel 52,54 of the valve 3,11 is metallic.
  • the channel 52, 54 of the valve 3, 11 is welded, or brazed, or glued, or fitted on the valve body.
  • this solution will be used if the desired geometry is too complex for a casting part.
  • the module 100 comprises a heat exchanger configured to transfer heat between the gas mixture 32 leaving a supercharging device 71 and the air surrounding the exchanger. The cooling of the air
  • the module comprises a heat exchanger 4 configured to transfer heat between the gas mixture 32 leaving a supercharging device 71 and a cooling fluid circulating in the exchanger 4. It is advantageous to use a liquid circulation for heat removal, such as the engine coolant. The heat capacity of this liquid being much higher than that of air, the heat exchanger can be more compact while ensuring better efficiency than an air-to-air heat exchanger.
  • the supercharging device 71 comprises a centrifugal compressor 2. The increase in the pressure of the combustion air is obtained by its setting speed by the centrifugal compressor, followed by a slowdown by increase of the section of passage of gases.
  • the centrifugal compressor 2 is driven by an electric motor.
  • This type of compressor can replace a turbo-compressor or be used in addition.
  • the electric compressor may be, depending on the case, located upstream or downstream of the turbo-compressor.
  • the charge air heat exchanger carries a cooling fluid that is distinct from the coolant transported by the interface piece 5.
  • the regulation temperature can thus be adapted as best as possible to each cooling needs.
  • the coolant enters the charge air exchanger at the inlet 57 and exits at the outlet 58.
  • the module 100 comprises a temperature sensor 23 of the fluid flowing through the valve, the temperature sensor 23 being fixed on the interface piece 5 and the channel 51, 53, 55 of the piece
  • the interface is arranged to cool the sensor 23.
  • the channel formed in the interface piece is not only used to make the connection between the two valves, which are the main components needing cooling.
  • the channel may also serve to cool a component disposed on the interface piece.
  • the module 100 comprises a pressure sensor 24 of the fluid passing through the valve, the pressure sensor 24 being fixed on the interface part 5 and the channel 51,53,55 of the workpiece interface being arranged to cool the sensor 24.
  • the channel formed in the interface piece is used to cool a component disposed on the interface piece, in addition to allowing the transport of the cooling fluid from one valve to the other.
  • the interface piece 5 is in one piece.
  • the interface piece consists of an assembly of two pieces.
  • the interface piece is metallic.
  • the interface piece is formed by casting.
  • the module comprises a pump 49 ensuring the circulation of the cooling liquid in the channel 51, 53, 55 of the interface piece.
  • This pump allows a circulation of coolant even when the engine does not power the module, for example when the engine is stopped.

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Abstract

La présente invention propose un module d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, ce module comportant une pièce d'interface configurée pour être assemblée sur une culasse du moteur, la pièce d'interface comportant un canal agencé pour transporter un fluide de refroidissement,une vanne d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, cette vanne comportant un corps de vanne comportant une voie pour transporter un gaz chaud, un composant exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie, un canal agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant, ce canal étant formé avec le corps de vanne,le canal de refroidissement de la vanne étant connecté au canal de refroidissement de la pièce d'interface.

Description

MODULE D'ALIMENTATION POUR MOTEUR A COMBUSTION, COMPORTANT UN CANAL DE REFROIDISSEMENT
La présente invention concerne un module d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, plus particulièrement destiné à un véhicule automobile.
L'alimentation d'un moteur à combustion interne demande d'acheminer différents flux gazeux vers le moteur. L'un de ces flux est constitué essentiellement d'air frais, destiné à assurer la combustion du carburant. Un autre de ces flux est constitué de gaz
d'échappement recirculés. Dans le cas d'un moteur diesel, la recirculation d'une partie des gaz d'échappement vers l'admission du moteur est une technique classique pour diminuer la production d'oxydes d'azotes. L'air d'admission est lui comprimé avant d'être admis dans le moteur, par exemple par un compresseur centrifuge entraîné par les gaz d'échappement.
Ces flux gazeux sont généralement refroidis avant leur introduction dans le moteur, et leur débit respectif est ajusté par une vanne de contrôle. De nombreux composants sont donc nécessaires, et il est déjà connu, par exemple par le brevet FR 2 908 833, d'intégrer l'ensemble des composants sous la forme d'un module regroupant les différents
composants. Ainsi, on obtient un ensemble compact, pré-assemblé, prêt à être installé sur le moteur. L'encombrement est réduit et l'opération d'assemblage est facilitée.
La température des gaz circulant dans le module pouvant être très élevée, les vannes réglant le débit des différents flux gazeux sont soumis à une température élevée, ce qui peut être problématique pour la fiabilité de certains de leurs composants, comme le moteur électrique actionnant leur volet. Il est ainsi connu de refroidir ces vannes de dosage en faisant circuler dans leur structure une partie du liquide de refroidissement circulant dans le moteur.
De façon classique, la connexion au circuit de refroidissement du moteur est faite par des durites reliant les organes de dosages au moteur. Ces durites demandent l'ajout de pipettes de connexion et de colliers de maintien, qui augmentent l'encombrement ainsi que le prix de la solution, et rallongent le temps de montage.
De plus, la présence de durites introduit un risque de fuites et n'est pas esthétique.
La présente invention cherche à remédier aux inconvénients précités. A cette fin, l'invention propose un module d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, ce module comportant :
une pièce d'interface configurée pour être assemblée sur une culasse du moteur, la pièce d'interface comportant un canal agencé pour transporter un fluide de refroidissement,
une vanne d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, cette vanne comportant :
un corps de vanne comportant une voie pour transporter un gaz chaud, un composant exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie,
un canal agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant, ce canal étant formé avec le corps de vanne, le canal de refroidissement de la vanne étant connecté au canal de refroidissement de la pièce d'interface. Le canal de refroidissement agencé dans la vanne permet de refroidir les composants les plus fragiles de la vanne et ainsi d'améliorer leur fiabilité. Les canaux de refroidissement étant reliés entre eux, il est possible de faire circuler un fluide de refroidissement dans l'ensemble du dispositif.
De préférence, le canal de refroidissement de la vanne comporte une extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion du canal de la pièce d'interface, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre.
On peut ainsi assurer la connexion entre les canaux sans ajouter de pièce supplémentaire du type durite.
Avantageusement, les canaux de refroidissement comportent chacun une portion d'extrémité adjacente à l'extrémité de connexion, ces portions d'extrémité étant alignées.
Avantageusement encore, la section de l'extrémité de connexion de la vanne est identique à celle de la pièce d'interface. L'alignement des portions d'extrémité, ainsi que l'égalité des sections de passage, permettent de minimiser les perturbations de l'écoulement du fluide de refroidissement et ainsi de minimiser les pertes de charge dans le module.
Selon un mode de réalisation, le module d'alimentation en gaz comporte une deuxième vanne d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, cette deuxième vanne comportant :
un corps de vanne comportant une voie pour transporter un gaz chaud, un composant exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie, un canal agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant, ce canal étant formé avec le corps de vanne (14,13).
La circulation de fluide de refroidissement a lieu également dans la deuxième vanne, afin de diminuer la température de ses composants les plus fragiles.
Selon un mode de réalisation, le canal de refroidissement de la deuxième vanne est connecté au canal de refroidissement de la première vanne. Le fluide de refroidissement traversant la première vanne traverse ensuite la deuxième vanne afin de la refroidir également. Ce type de circulation est généralement appelé « en série ».
Avantageusement, le canal de refroidissement de la deuxième vanne est connecté au canal de la première vanne directement, notamment avec interposition d'un joint d'étanchéité entre les 2 extrémités de connexion des deux canaux.
La connexion se faisant sans pièce intermédiaire, à l'exception du joint d'étanchéité nécessaire à éviter l'absence de fuite, il n'est pas nécessaire d'avoir recours à des durites de circulation du fluide de refroidissement. L'assemblage est donc facilité, le risque de fuite minimisé et l'ensemble est beaucoup mieux intégré. Selon un autre mode de réalisation, le canal de refroidissement de la deuxième vanne est connecté au canal de la première vanne par l'intermédiaire d'une pièce
intermédiaire définissant un canal intermédiaire ayant une longueur supérieure à 5 millimètre. Le rôle de cette pièce intermédiaire est de permettre la circulation du fluide de refroidissement d'une vanne à l'autre lorsque les deux vannes ne sont pas en contact l'une de l'autre. En effet, les contraintes d'espace disponible sous le capot peuvent conduire à éloigner les deux vannes l'une de l'autre. De préférence, le canal intermédiaire est formé sur la pièce d'interface.
Les deux vannes sont reliées entre elles, et la pièce d'interface servant à soutenir les deux vannes sert de plus de canal de liaison. On réalise ainsi une circulation de fluide de refroidissement dans les deux vannes sans utiliser de durites.
Selon un mode de réalisation, l'une des vannes transporte des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement traversant la vanne, appelée généralement vanne EGR (en Anglais, Exhaust Gas Recirculation), sont recirculés à l'admission du moteur. Cela permet notamment de réduire la quantité d'oxydes d'azote formée pour un moteur diesel et de diminuer la tendance au cliquetis pour un moteur à essence. La vanne sert à contrôler précisément la quantité de gaz recirculés. Selon un mode de réalisation, l'une des vannes transporte un mélange gazeux provenant d'un dispositif de suralimentation. La vanne, appelée généralement doseur ou boîtier papillon, permet de d'ajuster la quantité d'air comburant admise dans le moteur.
Le cas échéant, le composant de la vanne exposé à la chaleur est un moteur électrique de la vanne. Le moteur électrique est soumis à la chaleur des gaz traversant la vanne, et dissipe lui-même de la chaleur en raison de la puissance électrique dégagée. Ces deux facteurs se conjuguent et exposent les constituants du moteur électrique à une température très élevée.
En variante ou de manière complémentaire, le composant de la vanne exposé à la chaleur est un capteur de position de la vanne. Le capteur de position de la vanne contient des composants électroniques qui ont également une température maximale d'utilisation recommandée.
En variante encore, le composant de la vanne exposé à la chaleur est un capteur de pression de la vanne. Comme précédemment, le capteur de pression contient des composants électroniques qui ont également une température maximale d'utilisation recommandée.
Selon un mode de réalisation, le capteur de pression mesure la pression du fluide transporté par la vanne. La mesure de la pression des gaz traversant la vanne, où la différence de pression dans l'écoulement gazeux entre l'entrée et la sortie de la vanne permet de déterminer le débit traversant la vanne.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le canal de refroidissement de la pièce d'interface comporte une extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion d'un canal de la culasse du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre.
De préférence, et de façon complémentaire, le canal de refroidissement de la pièce d'interface comporte une deuxième extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion d'un canal de la culasse du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre, et le fluide de refroidissement circule d'une extrémité de connexion du canal de refroidissement de la pièce d'interface à l'autre.
L'alimentation du module en fluide de refroidissement se fait directement par la culasse. La circulation de fluide de refroidissement peut être complètement intégrée.
Aucune durite n'est nécessaire. La masse du module est diminuée, et cette masse peut être concentrée plus près de la culasse, ce qui sollicite moins les fixations sur la culasse. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide de refroidissement de la pièce d'interface alimente un échangeur de chaleur. Le fluide traversant le module s'échauffant au contact des organes à refroidir, il peut être utile de lui adjoindre un échangeur de chaleur afin de contrôler la température du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le canal de refroidissement de la pièce d'interface est réalisé d'un seul tenant avec la pièce d'interface. On évite ainsi d'avoir un assemblage à réaliser sur le véhicule.
Par exemple, le canal de refroidissement de la pièce d'interface est réalisé par moulage avec la pièce d'interface. Le canal est ainsi réalisé dans l'épaisseur de la paroi. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le canal de refroidissement de la pièce d'interface est une pièce rapportée sur la pièce d'interface en étant en contact avec la pièce d'interface sur au moins une portion de la longueur du canal. La réalisation du canal sous la forme d'une pièce rapportée peut être nécessaire lorsque l'on souhaite réaliser une pièce d'interface avec des parois très fines. Il est alors difficile d'intégrer un canal sans affaiblir exagérément la structure.
De préférence, le canal de la pièce d'interface est métallique. On obtient ainsi une bonne conductivité thermique ainsi qu'une bonne résistance mécanique.
Selon divers modes de réalisation, le canal de la pièce d'interface est soudé, brasé, collé, emmanché sur la pièce d'interface. Le procédé est à choisir par ces différentes options en fonction de la géométrie des pièces, de la matière de la pièce d'interface et des quantités à produire.
De préférence, le canal de refroidissement de la vanne est réalisé d'un seul tenant avec le corps de vanne. Par exemple, le canal de refroidissement de la vanne est réalisé par moulage avec le corps de vanne. Le canal peut ainsi être réalisé au plus près des zones à refroidir et avoir la meilleure efficacité.
En variante, le canal de refroidissement de la vanne est une pièce rapportée sur le corps de vanne en étant en contact avec le corps de vanne sur au moins une portion de la longueur du canal. Cette solution peut être intéressante si la géométrie du canal de refroidissement est trop complexe pour être obtenue par un procédé de fonderie.
De préférence, le canal de la vanne est métallique.
Selon divers modes de réalisation, le canal de la vanne est soudé, brasé, collé, emmanché sur le corps de vanne. Comme pour le canal de refroidissement de la pièce d'interface, on aura recours à cette solution si la géométrie recherchée est trop complexe pour une pièce de fonderie.
Selon un mode de réalisation, le module comporte un échangeur de chaleur configuré pour transférer de la chaleur entre le mélange gazeux sortant d'un dispositif de suralimentation et l'air entourant l'échangeur. Le refroidissement de l'air de suralimentation permet d'augmenter la densité de l'air. Il est avantageux d'intégrer le refroidisseur d'air de suralimentation dans le module, afin de regrouper le maximum de composants. Certains échangeurs sont de type air-air, c'est-à-dire que le fluide permettant l'évacuation de la chaleur est l'air environnant l'échangeur de chaleur.
Selon un autre mode de réalisation, le module comporte un échangeur de chaleur configuré pour transférer de la chaleur entre le mélange gazeux sortant d'un dispositif de suralimentation et un fluide de refroidissement circulant dans l'échangeur. Il est avantageux d'utiliser une circulation de liquide pour l'évacuation de la chaleur, comme le liquide de refroidissement du moteur. La capacité calorifique de ce liquide étant nettement plus élevée que celle de l'air, l'échangeur de chaleur peut être plus compact.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de suralimentation comprend un compresseur centrifuge. L'augmentation de la pression de l'air comburant est obtenue par sa mise en vitesse par le compresseur centrifuge, suivi d'un ralentissement par augmentation de la section de passage des gaz.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur centrifuge est entraîné par un moteur électrique. La plupart des dispositifs de suralimentation sont entraînés par une turbine récupérant une partie de l'énergie des gaz d'échappement du moteur. Afin de diminuer le temps de réponse du dispositif de suralimentation, il est avantageux de lui ajouter un moteur électrique pour accélérer sa montée en régime. Ainsi, certains
compresseurs sont mus exclusivement par un moteur électrique, sans avoir recours à la récupération d'une partie de l'énergie des gaz d'échappement.
Selon un mode de réalisation du module, l'échangeur de chaleur d'air de
suralimentation transporte un fluide de refroidissement distinct du fluide de refroidissement transporté par la pièce d'interface. La température de régulation peut ainsi être adaptée au mieux à chacun des besoins de refroidissement.
Selon un aspect de l'invention, le module comporte un capteur de température du fluide traversant la vanne, le capteur de température étant fixé sur la pièce d'interface et le canal de la pièce d'interface est agencé pour refroidir le capteur. Le canal réalisé dans la pièce d'interface peut servir à refroidir un composant disposé sur la pièce d'interface.
Selon un autre aspect de l'invention, le module comporte un capteur de pression du fluide traversant la vanne, le capteur de pression étant fixé sur la pièce d'interface et le canal de la pièce d'interface étant agencé pour refroidir le capteur. Comme précédemment, le canal réalisé dans la pièce d'interface sert à refroidir un composant disposé sur la pièce d'interface, en plus de permettre le transport du fluide de refroidissement d'une vanne à l'autre.
Selon un mode de réalisation, la pièce d'interface est monobloc. En variante, la pièce d'interface est constituée d'un assemblage de 2 pièces.
De préférence, la pièce d'interface est métallique. Cela permet une bonne résistance mécanique ainsi qu'une bonne résistance aux températures élevées.
Par exemple, la pièce d'interface est formée par fonderie. Ce procédé permet d'obtenir des formes complexes de manière économique. Au besoin, la pièce d'interface est formée de deux moitiés assemblées ensemble, afin de simplifier la réalisation de chacune des deux pièces.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le module comporte une pompe assurant la circulation du liquide de refroidissement dans le canal de la pièce d'interface. Cette pompe permet une circulation de liquide de refroidissement même lorsque le moteur n'alimente pas le module, par exemple lorsque le moteur est stoppé.
L'invention concerne également pour objet un système d'admission d'air
comportant :
un module tel que décrit précédemment,
un dispositif de suralimentation,
agencé pour alimenter le module en gaz.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures. - Les figures 1 à 3 représentent de manière schématique un système d'admission en air d'un moteur à combustion interne selon différents exemples de réalisation de l'invention, et
- La figure 4 est une vue schématique et partielle, en coupe, de canaux de refroidissement connectés entre eux, du système de la figure 3. On a représenté sur la figure 1 un système d'admission d'air 70 comportant :
un module d'admission en air 100,
un dispositif de suralimentation 71 agencé pour alimenter le module en gaz.
Le module d'admission 100 comprend l'ensemble des composants nécessaires à assurer l'alimentation en air comburant d'un moteur à combustion interne. Le module est agencé pour être prêt à monter sur le moteur à combustion.
Le module d'admission 100 permet d'introduire dans le moteur à combustion les différents flux gazeux nécessaires à la combustion. Parmi ces différents flux gazeux, les principaux sont l'air comburant et la fraction de gaz d'échappement recirculés vers l'admission du moteur. Ainsi, la quantité d'air comburant, la quantité de gaz d'échappement recirculés peuvent être ajustées au moyen de vannes permettant de moduler le débit les traversant. Les propriétés physiques du mélange gazeux, comme sa pression et sa température, sont mesurées, éventuellement en différents endroits de l'écoulement gazeux.
L'air comburant est comprimé avant d'être admis dans le moteur, on parle alors de moteur suralimenté. Ceci permet d'augmenter la masse d'air comburant introduite dans le moteur, et donc également la quantité d'énergie qui peut être libérée par la combustion du carburant. La suralimentation permet ainsi d'augmenter les performances du moteur. La compression de l'air avant son admission dans le moteur a pour effet d'échauffer l'air et de réduire sa densité, il est donc souhaitable de le refroidir. De même, il peut être souhaitable de refroidir les gaz d'échappement recirculés. Ainsi, tout ou partie des différents flux gazeux seront refroidis dans le module d'admission.
La figure 1 montre de manière schématique les différents flux gazeux entrant et sortant du moteur.
L'air extérieur 30 pénètre dans une entrée d'air 28. Il se mélange avec le flux 43 de gaz d'échappement recirculés selon l'architecture dite « basse pression ». Ces gaz d'échappement sont puisés en aval d'un dispositif de dépollution 8 visant à réduire la quantité de polluants formés. Le débit de gaz recirculés est réglé par une vanne 27.
Ce mélange est ensuite comprimé par un compresseur 2. Le flux 31 est acheminé jusqu'au boîtier papillon 3, qui va réguler le débit de sortie du flux 32. Le flux 32 pénètre dans un échangeur de chaleur 4 afin d'y être refroidi, puis en ressort pour rentrer dans une pièce d'interface 5.
La pièce d'interface 5 reçoit également un flux de gaz d'échappement recirculés de type « haute pression », c'est-à-dire sortant du moteur sous la forme du flux 40, qui est refroidi dans un échangeur de chaleur 10, pour former le flux 41 qui pénètre dans une vanne doseuse 11. La vanne doseuse 11 va réguler le débit de sortie du flux 42. Le flux 42 de gaz d'échappement recirculés « haute pression » rentre dans la pièce d'interface 5 où il y rejoint le flux d'air comburant décrit au paragraphe précédent et schématisé par l'ensemble des flux 33. Le mélange obtenu, schématisé par le flux 34, est réparti de façon à alimenter chacun des cylindres du moteur. Le flux 35 schématise le mélange gazeux admis dans chacun des cylindres du moteur.
L'invention comprend ainsi un module 100 d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, ce module comportant une pièce d'interface 5 configurée pour être assemblée sur une culasse 1 du moteur, la pièce d'interface comportant un canal 51,53,55 agencé pour transporter un fluide de refroidissement, une vanne d'alimentation en gaz 3,11 pour un moteur à combustion, cette vanne comportant un corps de vanne 13,14 comportant une voie pour transporter un gaz chaud, un composant 21,22,26 exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie, un canal 52,54 agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant, ce canal 52,54 étant formé avec le corps de vanne 13,14, le canal de refroidissement 52,54 de la vanne 3,11 étant connecté au canal de refroidissement 51,53,55 de la pièce d'interface 5.
La vanne est constituée d'un corps de vanne 13,14, d'un volet rotatif 20,25 qui permet de régler le débit traversant la vanne en faisant varier son angle d'ouverture. Un moteur électrique 21,26 permet de commander l'ouverture et la fermeture de la vanne 13,14. Un ou des capteurs de position 22 permettent d'assurer un contrôle en boucle fermée de la position du volet, ce pilotage de la position du volet étant assurée par le calculateur de contrôle moteur. La structure de vanne décrite ci-dessus concerne aussi bien la vanne régulant le débit d'air comburant que celle régulant le débit de gaz d'échappement recirculés.
Les gaz d'échappement recirculés peuvent être très chauds, par exemple d'une température supérieure à 500°. Ce débit de gaz chauds échauffe le corps de la vanne ainsi que tous les composants fixés sur le corps de vanne. Certains d'entre eux, comme le moteur électrique ou le circuit électronique du capteur de position, peuvent ainsi être portés à une température proche de leur température limite d'utilisation. Cette température limite d'utilisation dépend des technologies employées, mais il est généralement beaucoup plus coûteux d'utiliser un composant possédant une limite d'utilisation accrue plutôt qu'un composant standard. Il est donc utile de pouvoir refroidir la vanne afin de réduire la température des composants les plus fragiles. A cet effet, un canal de refroidissement agencé dans la vanne permet de refroidir les composants les plus fragiles de la vanne et ainsi d'améliorer leur fiabilité. Ce canal est mis en communication avec un canal agencé dans la pièce d'interface 5.
Pour la vanne permettant de réguler le débit d'air comburant, appelée doseur ou bien boîtier papillon, les contraintes thermiques sont similaires. En effet, une forte compression de l'air peut amener la température de l'air jusqu'à plus de 200°. De plus, l'air comburant contient également des gaz d'échappement recirculés, qui augmentent également la température du mélange. En effet, dans l'architecture dite « basse pression », une partie des gaz d'échappement est réintroduite dans le moteur en amont du dispositif de suralimentation. De ce fait, les composants du boîtier papillon peuvent eux aussi être amenés à fonctionner à une température proche ou supérieure à leur température limite d'utilisation. On peut voir sur la figure 4 que le canal de refroidissement 52 de la vanne 3 comporte une extrémité de connexion 60 agencée pour être connectée à une extrémité de connexion 61 du canal 51 de la pièce d'interface 5, les extrémités de connexion 60,61 étant en regard l'une de l'autre.
La connexion entre les canaux est ainsi directe sans avoir recours à une pièce de prolongation du type durite. Comme on peut le voir sur la figure 4, les canaux de refroidissement 51,52 comportent chacun une portion d'extrémité 63,62 adjacente à l'extrémité de connexion 61,60, ces portions d'extrémité 63,62 étant alignées.
La section de l'extrémité de connexion 60 de la vanne 3 est identique à celle de la pièce d'interface 5.
Avoir des portions d'extrémité alignées et de section de passage identique permet de minimiser les perturbations de l'écoulement du fluide de refroidissement et ainsi de minimiser les pertes de charge dans le module. La circulation de liquide de refroidissement sera donc moins consommatrice d'énergie. On voit sur la figure 1 que module d'alimentation en gaz comporte une deuxième vanne 11,3 d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, cette deuxième vanne 11,3 comportant un corps de vanne 14,13 comportant une voie pour transporter un gaz chaud, un composant 26,21,22 exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie, un canal 54,52 agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant 26,21,22, ce canal 54,52 étant formé avec le corps de vanne 14,13. La deuxième vanne, 11, est ici la vanne haute pression de recirculation des gaz d'échappement. Par « haute pression », on entend recirculation dans le répartiteur d'admission.
La circulation de fluide de refroidissement a lieu également dans la deuxième vanne, afin de diminuer la température de ses composants les plus fragiles. Selon un mode de réalisation, le canal 54,52 de refroidissement de la deuxième vanne 11,3 est connecté au canal 52,54 de refroidissement de la première vanne 3,11.
Comme illustré sur la figure 1, le fluide de refroidissement traversant la première vanne traverse ensuite la deuxième vanne afin de la refroidir également. Ce type de circulation est généralement appelé « en série ». Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 2, le fluide de refroidissement sortant du canal 50 de la culasse 1 du moteur traverse la vanne 3 et retourne à la culasse. De même, le fluide de refroidissement sortant du canal 50 de la culasse 1 traverse la vanne 11 et retourne à la culasse. Ce type de circulation est généralement appelé « en parallèle ». Selon un mode de réalisation non illustré, le canal 54,52 de refroidissement de la deuxième vanne 11,3 est connecté au canal 52,54 de la première vanne 3,11 directement, notamment avec interposition d'un joint d'étanchéité 12 entre les 2 extrémités de connexion des deux canaux 54,52. La connexion se faisant sans pièce intermédiaire, à l'exception du joint d'étanchéité
12 nécessaire à garantir l'étanchéité, il n'est pas nécessaire d'avoir recours à des durites de circulation du fluide de refroidissement. Plusieurs des inconvénients de l'état de l'art sont éliminés : les connexions suivant deux surfaces planes mises en regard avec interposition d'un joint d'étanchéité sont plus simples et plus économiques à réaliser, le risque de fuite est minimisé et l'absence de durite améliore l'aspect sous capot moteur.
Sur la figure 1, le canal 54,52 de refroidissement de la deuxième vanne 11,3 est connecté au canal 52,54 de la première vanne 3,11 par l'intermédiaire d'une pièce intermédiaire définissant un canal intermédiaire 53 ayant une longueur supérieure à 5 millimètre. Plus précisément, le canal intermédiaire 53 est formé sur la pièce d'interface 5.
Les deux vannes sont reliées entre elles, et la pièce d'interface qui porte les deux vannes sert de plus de canal de liaison. On réalise ainsi une circulation de fluide de refroidissement dans les deux vannes sans utiliser de durites.
Comme déjà décrit, l'une des vannes 3,11 transporte un mélange gazeux provenant d'un dispositif de suralimentation et permet d'ajuster la quantité d'air comburant admise dans le moteur.
Le composant de la vanne 3,11 exposé à la chaleur est un moteur électrique 21,26 de la vanne. Le moteur électrique est soumis à la chaleur des gaz traversant la vanne, et dissipe lui-même de la chaleur en raison de la puissance électrique dégagée. Le fil de cuivre constituant le bobinage du moteur est recouvert d'un vernis isolant organique. Ce vernis ne doit pas être soumis à une température supérieure au maximum recommandé, autrement il risque d'être endommagé, entraînant à terme des défauts du moteur électrique. Un autre composant sensible de la vanne exposé à la chaleur est un capteur de position 22 de la vanne 3. Le capteur de position de la vanne contient des composants électroniques qui ont également une température maximale d'utilisation recommandée.
Selon un mode de réalisation non représenté, le composant de la vanne exposé à la chaleur est un capteur de pression de la vanne 11. Comme précédemment, le capteur de pression contient des composants électroniques qui ont également une température maximale d'utilisation recommandée.
Selon un mode de réalisation, le capteur de pression mesure la pression du fluide transporté par la vanne. La mesure de la pression des gaz traversant la vanne est utilisée pour estimer le débit de gaz traversant la vanne. La différence de pression dans
l'écoulement gazeux entre l'entrée et la sortie de la vanne peut également être utilisée pour déterminer le débit traversant la vanne.
Selon le mode de réalisation de la figure 1, le canal de refroidissement 51,55 de la pièce d'interface 5 comporte une extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion d'un canal 50,56 de la culasse 1 du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre.
De même, le canal de refroidissement 55,51 de la pièce d'interface 5 comporte une deuxième extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion 56,50 d'un canal de la culasse 1 du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre, et le fluide de refroidissement circulant d'une extrémité de connexion du canal de refroidissement 51,55 de la pièce d'interface 5 à l'autre.
L'alimentation du module en fluide de refroidissement se fait directement par la culasse. La circulation de fluide de refroidissement peut être complètement intégrée.
Aucune durite n'est nécessaire et il est même difficile de remarquer sur un système déjà assemblé la présence de la circulation de liquide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, non représenté, le fluide de
refroidissement de la pièce d'interface alimente un échangeur de chaleur. Le fluide traversant le module s'échauffant au contact des organes à refroidir, il peut être utile de lui adjoindre un échangeur de chaleur afin de contrôler la température du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le canal de refroidissement 51,53,55 de la pièce d'interface 5 est réalisé d'un seul tenant avec la pièce d'interface 5. On évite ainsi d'avoir un assemblage à réaliser sur le véhicule.
Par exemple, le canal de refroidissement 51,53,55 de la pièce d'interface 5 est réalisé par moulage avec la pièce d'interface 5. Le canal est ainsi réalisé dans l'épaisseur de la paroi. L'insertion de broches au moulage permet de créer un évidement, certaines sections seront usinées et certains orifices nécessaires au passage des outils d'usinage seront rebouchés. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le canal de refroidissement
51,53,55 de la pièce d'interface 5 est une pièce rapportée sur la pièce d'interface 5 en étant en contact avec la pièce d'interface 5 sur au moins une portion de la longueur du canal 51,53,55. La réalisation du canal sous la forme d'une pièce rapportée peut être nécessaire lorsque l'on souhaite réaliser une pièce d'interface avec des parois très fines. Il est alors difficile d'intégrer un canal sans affaiblir exagérément la structure. De plus, des parois fines présentent des risques plus élevés de porosités.
De préférence, le canal 51,53,55 de la pièce d'interface 5 est métallique. On obtient ainsi une bonne conductivité thermique ainsi qu'une bonne résistance mécanique.
Selon divers modes de réalisation, le canal 51,53,55 de la pièce d'interface 5 est soudé, ou brasé, ou collé, ou emmanché sur la pièce d'interface 5. Le procédé est à choisir par ces différentes options en fonction de la géométrie des pièces, de la matière de la pièce d'interface et des quantités à produire.
De préférence, le canal 52,54 de refroidissement de la vanne 3,11 est réalisé d'un seul tenant avec le corps de vanne 13,14. Par exemple, le canal 52, 54 de refroidissement de la vanne 3,11 est réalisé par moulage avec le corps de vanne 13,14. Le canal peut ainsi être réalisé au plus près des zones à refroidir et avoir la meilleure efficacité. En variante, et comme pour la pièce d'interface 5, le canal 52, 54 de refroidissement de la vanne 3,11 est une pièce rapportée sur le corps de vanne 13,14 en étant en contact avec le corps de vanne sur au moins une portion de la longueur du canal 52, 54. Cette solution peut être intéressante si la géométrie du canal de refroidissement est trop complexe pour être obtenue par un procédé de fonderie.
De préférence, le canal 52,54 de la vanne 3,11 est métallique.
Selon divers modes de réalisation, le canal 52, 54 de la vanne 3,11 est soudé, ou brasé, ou collé, ou bien emmanché sur le corps de vanne. Comme pour le canal de refroidissement de la pièce d'interface, on aura recours à cette solution si la géométrie recherchée est trop complexe pour une pièce de fonderie.
Selon un mode de réalisation, le module 100 comporte un échangeur de chaleur configuré pour transférer de la chaleur entre le mélange gazeux 32 sortant d'un dispositif de suralimentation 71 et l'air entourant l'échangeur. Le refroidissement de l'air de
suralimentation permet d'augmenter la densité de l'air. Il est avantageux d'intégrer le refroidisseur d'air de suralimentation dans le module, afin de regrouper le maximum de composants. Certains échangeurs sont de type air-air, c'est-à-dire que le fluide permettant l'évacuation de la chaleur est l'air environnant l'échangeur de chaleur.
Selon un mode de réalisation, le module comporte un échangeur de chaleur 4 configuré pour transférer de la chaleur entre le mélange gazeux 32 sortant d'un dispositif de suralimentation 71 et un fluide de refroidissement circulant dans l'échangeur 4. Il est avantageux d'utiliser une circulation de liquide pour l'évacuation de la chaleur, comme le liquide de refroidissement du moteur. La capacité calorifique de ce liquide étant nettement plus élevée que celle de l'air, l'échangeur de chaleur peut être plus compact tout en assurant une meilleure efficacité qu'un échangeur air-air. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 71 de suralimentation comprend un compresseur centrifuge 2. L'augmentation de la pression de l'air comburant est obtenue par sa mise en vitesse par le compresseur centrifuge, suivi d'un ralentissement par augmentation de la section de passage des gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur centrifuge 2 est entraîné par un moteur électrique. La plupart des dispositifs de suralimentation sont entraînés par une turbine 7 récupérant une partie de l'énergie des gaz d'échappement du moteur, l'ensemble constituant un turbo-compresseur. Afin de diminuer le temps de réponse du dispositif de suralimentation, il est avantageux de lui ajouter un moteur électrique pour accélérer sa montée en régime. Ainsi, certains compresseurs sont mus exclusivement par un moteur électrique, sans avoir recours à la récupération d'une partie de l'énergie des gaz d'échappement.
Ce type de compresseur peut se substituer à un turbo-compresseur ou bien être utilisé en complément. Le compresseur électrique peut être, suivant les cas, implanté en amont ou bien en aval du turbo-compresseur.
Sur l'exemple de la figure 1, l'échangeur de chaleur d'air de suralimentation transporte un fluide de refroidissement distinct du fluide de refroidissement transporté par la pièce d'interface 5. La température de régulation peut ainsi être adaptée au mieux à chacun des besoins de refroidissement. Le liquide de refroidissement rentre dans l'échangeur d'air de suralimentation au niveau de l'entrée 57 et ressort au niveau de la sortie 58.
Sur l'exemple de la figure 3, le module 100 comporte un capteur de température 23 du fluide traversant la vanne, le capteur de température 23 étant fixé sur la pièce d'interface 5 et le canal 51,53,55 de la pièce d'interface est agencé pour refroidir le capteur 23. Le canal réalisé dans la pièce d'interface ne sert pas uniquement à faire la liaison entre les 2 vannes, qui sont les principaux composants ayant besoin de refroidissement. Le canal peut également servir à refroidir un composant disposé sur la pièce d'interface.
Toujours sur l'exemple de la figure 3, le module 100 comporte un capteur de pression 24 du fluide traversant la vanne, le capteur de pression 24 étant fixé sur la pièce d'interface 5 et le canal 51,53,55 de la pièce d'interface étant agencé pour refroidir le capteur 24.
Comme cité précédemment, le canal réalisé dans la pièce d'interface permet de refroidir un composant disposé sur la pièce d'interface, en plus de permettre le transport du fluide de refroidissement d'une vanne à l'autre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce d'interface 5 est monobloc.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce d'interface est constituée d'un assemblage de 2 pièces.
En particulier, la pièce d'interface est métallique. De préférence, la pièce d'interface est formée par fonderie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, et comme illustré sur la figure 3, le module comporte une pompe 49 assurant la circulation du liquide de refroidissement dans le canal 51,53,55 de la pièce d'interface. Cette pompe permet une circulation de liquide de refroidissement même lorsque le moteur n'alimente pas le module, par exemple lorsque le moteur est stoppé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module (100) d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, ce module
comportant :
Une pièce d'interface (5) configurée pour être assemblée sur une culasse (1) du moteur, la pièce d'interface comportant un canal (51,53,55) agencé pour transporter un fluide de refroidissement,
Une vanne d'alimentation en gaz (3,11) pour un moteur à combustion, cette vanne comportant :
un corps de vanne (13,14) comportant une voie pour transporter un gaz chaud,
un composant (21,22,26) exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie,
un canal (52,54) agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant, ce canal (52,54) étant formé avec le corps de vanne (13,14), caractérisé en ce que le canal de refroidissement (52,54) de la vanne (3,11) est connecté au canal de refroidissement (51,53,55) de la pièce d'interface (5).
2. Module (100) selon la revendication 1, comportant une deuxième vanne (11,3) d'alimentation en gaz pour un moteur à combustion, cette deuxième vanne (11,3) comportant :
un corps de vanne (14,13) comportant une voie pour transporter un gaz chaud,
un composant (26,21,22) exposé à la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant dans la voie,
- un canal (54,52) agencé pour transporter un fluide de refroidissement pour refroidir le composant (26,21,22) , ce canal (54,52) étant formé avec le corps de vanne (14,13).
3. Module (100) selon la revendication 2, le canal (54,52) de refroidissement de la deuxième vanne (11,3) étant connecté au canal (52,54) de refroidissement de la première vanne (3,11).
4. Module (100) selon la revendication 2 ou 3, le canal (54,52) de refroidissement de la deuxième vanne (11,3) étant connecté au canal (54,52) de la première vanne (3,11) directement, notamment avec interposition d'un joint d'étanchéité (12) entre les 2 extrémités de connexion (60,61) des deux canaux (54,52).
5. Module (100) selon l'une des revendications 2 ou 3, le canal (54,52) de
refroidissement de la deuxième vanne (11,3) étant connecté au canal (52,54) de la première vanne (3,11) par l'intermédiaire d'une pièce intermédiaire définissant un canal intermédiaire (53) ayant une longueur supérieure à 5 millimètre.
6. Module (100) selon la revendication 5, le canal intermédiaire (53) étant formé sur la pièce d'interface (5).
7. Module (100) selon l'une des revendications 2 à 6, l'une des vannes (3,11)
transportant des gaz d'échappement.
8. Module (100) selon l'une des revendications 2 à 7, l'une des vannes (3,11)
transportant un mélange gazeux provenant d'un dispositif de suralimentation.
9. Module (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le canal de refroidissement (51,55) de la pièce d'interface (5) comportant une extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion d'un canal (50,56) de la culasse (1) du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre.
10. Module (100) selon la revendication précédente, le canal de refroidissement (55,51) de la pièce d'interface (5) comportant une deuxième extrémité de connexion agencée pour être connectée à une extrémité de connexion (56,50) d'un canal de la culasse (1) du moteur, les extrémités de connexion étant en regard l'une de l'autre, et le fluide de refroidissement circulant d'une extrémité de connexion du canal de refroidissement (51,55) de la pièce d'interface (5) à l'autre.
11. Module (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le canal de refroidissement (51,53,55) de la pièce d'interface (5) étant réalisé d'un seul tenant avec la pièce d'interface (5).
12. Module (100) selon la revendication précédente, le canal de refroidissement
(51,53,55) de la pièce d'interface (5) étant une pièce rapportée sur la pièce d'interface (5) en étant en contact avec la pièce d'interface (5) sur au moins une portion de la longueur du canal (51,53,55).
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