EP3262290A1 - Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur. - Google Patents

Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.

Info

Publication number
EP3262290A1
EP3262290A1 EP16707690.0A EP16707690A EP3262290A1 EP 3262290 A1 EP3262290 A1 EP 3262290A1 EP 16707690 A EP16707690 A EP 16707690A EP 3262290 A1 EP3262290 A1 EP 3262290A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
exhaust gas
thermal management
outlet
bypass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16707690.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bertrand Gessier
José BORGES-ALEJO
Zoulika SOUKEUR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP3262290A1 publication Critical patent/EP3262290A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/0205—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437—Liquid cooled heat exchangers
    • F02B29/0443—Layout of the coolant or refrigerant circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0475—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly the intake air cooler being combined with another device, e.g. heater, valve, compressor, filter or EGR cooler, or being assembled on a special engine location
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • 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
    • 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
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/07—Mixed pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is either taken out upstream of the turbine and reintroduced upstream of the compressor, or is taken out downstream of the turbine and reintroduced downstream of the compressor
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/042—Combustion air
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/10—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot liquids, e.g. lubricants or cooling water
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/20—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for cooling
    • F02M31/205—Control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a device for thermal management of the intake air of a motor vehicle's combustion engine and more particularly of a turbocharged combustion engine and having a heat exchanger within the combustion circuit.
  • air intake In cold climatic conditions, an engine including diesel diesel, has difficulties in starting and temperature rise compared to a gasoline engine. Indeed, a heating time is necessary before the exhaust gases have a sufficient temperature so that the exhaust gas treatment devices, such as the catalyst, can be completely effective. In addition cold weather conditions can cause combustion problems during cold start and lead to overconsumption and increased pollutant emissions.
  • a known solution in the case of a vehicle equipped with a turbocharger and a heat exchanger placed in the air intake circuit for cooling the intake air is to bypass said heat exchanger via a bypass circuit so that the exhaust gases rise in temperature more quickly.
  • the vehicle is also equipped with an exhaust gas recirculation system, it is also known to use a bypass circuit to bypass a heat exchanger placed in said exhaust gas recirculation system and bring the hot exhaust gas into the air intake circuit.
  • Another known solution is to directly heat the air intake air in the bypass circuit of the heat exchanger of the air intake circuit, by means of an electric heater as described in DE 10 2007 029 036 A1, or by means of a second heat exchanger always placed in the bypass circuit of the heat exchanger of the intake circuit of air and connected to a heat exchanger placed in an exhaust gas recirculation system, as described in the application DE 10 2007 005 246 Al.
  • One of the aims of the invention is thus to overcome the drawbacks of the prior art and to provide an improved thermal management device of the intake air, especially in cold climatic conditions.
  • the invention therefore relates to a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine equipped with a turbocharger, said device comprising:
  • a first heat exchanger comprising an inlet and a heat transfer fluid outlet, and placed in the air intake circuit between the compressor and the engine,
  • a second heat exchanger placed on the main exhaust line of the engine and capturing the heat energy of the exhaust gases, transferring said energy to a heat transfer fluid circulating in a heating loop from an outlet and a heat transfer fluid inlet , the coolant inlet of the first heat exchanger being connected to the heat transfer fluid outlet of the second heat exchanger and the heat transfer fluid outlet of the first heat exchanger being connected directly or indirectly to the inlet of the heat exchanger coolant fluid of the second heat exchanger, so as to form the heating loop,
  • thermal management device further comprising a low-pressure exhaust gas recovery system, comprising a first exhaust gas bypass located on the main exhaust line downstream of the turbine, an exhaust gas outlet; exhaust placed in the air intake circuit upstream of the compressor and a control valve,
  • the second heat exchanger is placed between the turbine and the first bypass of the exhaust gas recovery system
  • the main exhaust line further comprising an exhaust gas bypass branch between a second bypass of the exhaust gas placed on the main exhaust line upstream of the second heat exchanger, a bypass device capable of managing the circulation of exhaust gases and an exhaust gas outlet.
  • This branch branch allows, when the heating loop is not yet "hot”, a flow of low pressure exhaust gas still hot directly to the air intake circuit. This allows a rise in temperature of the engine faster and therefore allows a reduction of polluting emissions and overconsumption. Indeed, during a cold start in cold external conditions, the heat transfer fluid flowing between the second and the first heat exchanger and said heat exchangers have a certain inertia which makes it necessary for a heating time (About a hundred seconds) so that it can heat the intake air via the first heat exchanger. According to one aspect of the invention, the outlet of the exhaust gas is placed on the exhaust gas recovery system.
  • the outlet of the exhaust gas is placed downstream of the control valve.
  • the bypass device is an all-or-nothing valve disposed on said branch branch.
  • bypass device and the control valve are grouped together in a three-way valve disposed at the outlet of the branch branch.
  • the outlet of the exhaust gas is placed directly on the intake air circuit.
  • the bypass device is a control valve adapted to vary the flow of exhaust gas within the branch branch.
  • the second heat exchanger is placed downstream of the exhaust gas treatment devices.
  • the main exhaust line comprises a circuit of contoumement the second heat exchanger and whose opening and closing are controlled by a valve contoumement.
  • the main exhaust line comprises a second system for recovering said high-pressure exhaust gases comprising a third exhaust gas bypass, placed on the main exhaust line upstream of the exhaust pipe. the turbine, and an exhaust gas outlet placed in the air intake circuit downstream of the first heat exchanger.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine and of its admission air thermal management device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine and of its admission air thermal management device according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the coolant circulation loops of a device for thermal management of the intake air according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the coolant circulation loops of a device for thermal management of the intake air according to a second embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a 3-blast engine equipped with a turbocharger 5 and its thermal management device 1 of the intake air.
  • the engine 3 in particular a diesel engine, comprises an air intake circuit 9 which supplies the air for combustion inside the cylinders, as well as a main exhaust line 12 for the evacuation of gases from the engine. exhaust.
  • the engine 3 also comprises a turbocharger 5 comprising a turbine 5b placed in the main exhaust line 12 and a compressor 5a placed in the air intake circuit 9.
  • the main exhaust line 12 may also include, downstream of the turbine 5b, exhaust gas treatment devices 16, for example a catalyst and / or a particle filter.
  • the thermal management device 1 comprises, placed in the air intake circuit 9 between the compressor 5a and the engine 3, a first heat exchanger 7 having an inlet 7a and an outlet 7b of heat transfer fluid.
  • the thermal management device 1 also comprises a second heat exchanger 10 placed on the main exhaust line 12 of the engine 3 and capturing the heat energy of the exhaust gases, transferring said energy to a heat transfer fluid flowing in a cooling loop.
  • heating A from an outlet 10b of heat transfer fluid to the inlet 7a of heat transfer fluid of the first heat exchanger 7 with which it is connected.
  • the heating loop A is then formed by the direct or indirect connection of the heat transfer fluid outlet 7b of the first heat exchanger 7 and the heat transfer fluid inlet 10a of the second heat exchanger 10.
  • the thermal management device 1 may also include a low-pressure exhaust recovery system 14.
  • the main exhaust line 12 thus comprises a first bypass 141 of the exhaust gas placed downstream of the turbine 5b and the exhaust gas treatment devices 16 and opening into the air intake circuit 9 upstream. of the compressor 5a at an outlet 142.
  • the opening and closing of the exhaust gas recovery system 14 are controlled by a control valve 140 which regulates the flow of exhaust gas entering the system exhaust gas recovery system 14.
  • the second heat exchanger 10 is placed between the turbine 5b and the first bypass 141 of the exhaust gas recovery system 14, preferably downstream of the exhaust gas treatment devices 16. makes it possible to guarantee the efficiency and the temperature rise of the exhaust gas treatment devices since the exhaust gases passing through them have not been subjected to heat energy extraction by the second heat exchanger.
  • This placement of the second heat exchanger 10 between the turbine 5b and the first bypass 141 of the exhaust gas recovery system 14 allows the second heat exchanger 10 to also act as a heat exchanger for the heat recovery system. exhaust gas 14 and thus cool if necessary the exhaust gas intended to return to the air intake circuit 9.
  • the placement of the second heat exchanger directly on the main exhaust line 12 allows, in this case, to recover the heat energy of the exhaust gas and this even if the exhaust gas recovery system 14 is closed. This energy recovery can also be performed on the total flow of the exhaust gas.
  • bypass the second exchanger 10 via a bypass circuit 18 placed on the main exhaust line. 12 and whose opening and closing are controlled by a valve 180.
  • the first heat exchanger 7 can also play the known role of intake air cooler if the latter is too hot for combustion in the cylinders of the engine 3 and thus increase by cooling the intake air intake amount to the cylinders.
  • the first heat exchanger 7 is also connected to a cooling loop B as shown in Figures 3 and 4 illustrating the different heat transfer fluid circulation loops.
  • This cooling loop B connects the heat transfer fluid outlet 7b of the first heat exchanger 7 to the heat transfer fluid inlet 20a of a low temperature radiator 20 and connects the heat transfer fluid outlet 20b of said low temperature radiator 20 to the inlet 7a heat transfer fluid of the first heat exchanger 7.
  • the first heat exchanger 7 may also be connected to a bypass loop C interconnecting the inlet 7a and the heat transfer fluid outlet 7b of said first heat exchanger 7.
  • This bypass loop C is useful when there is no no need to cool or heat the intake air and nevertheless allows the heat transfer fluid to circulate to avoid boiling phenomena and also allows to homogenize the temperature of the heat transfer fluid.
  • the main exhaust line 12 further comprises a bypass branch 26 of the exhaust gas.
  • This branch branch 26 is made between a bypass 201 of the exhaust gas placed on the main exhaust line 12 upstream of the second heat exchanger 10 and an outlet 202 of the exhaust gases allowing the arrival of said gases of exhaust in the air intake circuit 9.
  • Said branch branch 26 comprises a bypass device 200 adapted to manage the circulation of exhaust gas within it.
  • This branch branch 26 allows, when the heating loop A is not yet "hot", a flow of low pressure exhaust gas still hot directly to the air intake circuit 9. This allows a rise temperature of the heat engine 3 faster and therefore allows a reduction of polluting emissions and overconsumption. Indeed, during a cold start in cold external conditions, the coolant circulating between the second 10 and the first 7 heat exchanger and said heat exchangers have a certain inertia that makes it necessary for a time heating (of the order of a hundred seconds) so that it can heat the intake air via the first heat exchanger 7.
  • the outlet 202 of the exhaust gas branch branch 26 is placed on the exhaust gas recovery system 14.
  • the output 202 may for example be positioned in downstream of the control valve 140.
  • the bypass device 200 can then be an on-off valve disposed on said branch branch 26.
  • the on-off valve allows, as required, the passage of the exhaust gas, flowing in the main exhaust line 12, directly into the exhaust gas recovery system 14 while the control valve 140 is closed.
  • the exhaust gas entering the air intake circuit 9 is then hot because they have not passed through the second heat exchanger 10.
  • the bypass device 200 and the control valve 140 can be grouped into a three-way valve disposed at the outlet 202 of the branch branch 26.
  • the three-way valve makes it possible to choose whether the exhaust gases arriving inside the air intake circuit 9 come from the first bypass 141, from the second bypass 201.
  • the outlet 202 of the exhaust gases of the bypass branch 26 is placed directly on the air intake circuit 9.
  • the device Bypass 200 is preferably a control valve of the same type as the control valve 140. This control valve 200 is adapted to vary the flow of exhaust gas within the branch branch 26 towards the control circuit. 9 air intake as needed.
  • the main exhaust line 12 may also include a second exhaust gas recovery system 30 said high pressure.
  • This high-pressure exhaust gas recovery system 30 comprises a third exhaust gas branch 301, placed on the main exhaust line 12 upstream of the turbine 5b, and an exhaust outlet 302 placed in the exhaust pipe 30 the circuit 9 said second exhaust gas recovery system 30 said high pressure may also include a shutoff valve 303 to control the passage or not of the exhaust gas .
  • a four-way valve 22 can be placed at one of the junctions between the heating A, cooling B and C looping loops, so as to control the circulation of the coolant in the one of said heating loops A, cooling B or C. C.
  • This four-way valve 22 can be indifferently placed upstream or downstream of the first heat exchanger 7.
  • the four-way valve 22 can be placed downstream of the first heat exchanger 7 and thus comprise an inlet and three heat transfer fluid outlets, the heat transfer fluid inlet being connected to the heat transfer fluid outlet 7b of the first heat exchanger. heat 7, and each of the three heat transfer fluid outlets being connected to one of the heating loops A, cooling B or contemper C.
  • the four-way valve 22 may be placed upstream of the first heat exchanger 7 and thus comprise three inlets and a heat transfer fluid outlet, the heat transfer fluid outlet being connected to the heat transfer fluid inlet 7a of the first heat exchanger 7, and each of the three heat transfer fluid inlets being connected to one of the heating circuits A, cooling B or contemper C.
  • a pump 24 for circulating the coolant is also placed between one of the junctions between the heating loops A, cooling B and C and the first heat exchanger 7 so as to set in motion the coolant.
  • the second heat exchanger 10 is also connected to a thermal management loop of the engine D.
  • This thermal management loop of the engine D comprises in particular the thermal management system 34 of the engine 3.
  • This thermal management system 34 of the engine 3 may in particular comprise a heat exchanger placed at said engine 3, a pump and a high temperature radiator for evacuating the heat energy of said engine 3.
  • the communication between the second heat exchanger 10 and the thermal management loop D makes it possible, for example, to assist in heating the passenger compartment or the engine 3.
  • this connection is necessary for the cooling of the exhaust gases at destination. an exhaust gas recovery system 14 when the heating of the intake air is not necessary.
  • said second heat exchanger 10 is connected in parallel with the thermal management system 34 of the engine 3 Upstream of said second heat exchanger 10, the thermal management loop of the motor D joins the heating loop A and downstream of said second heat exchanger 10, the two loops are diverging.
  • a three-way valve 36 is placed at one of the junctions between the heating circuits A and thermal management of the motor D, so as to control the circulation of the coolant in one of said heating loops A, or thermal management D.
  • the heat transfer fluid inlet 10a of the second heat exchanger 10 is connected to a partial bypass 340 of the heat transfer fluid of the thermal management loop of the engine D.
  • Said partial bypass 340 is located downstream of a mechanical pump 36 belonging to the thermal management system 34 of the engine 3.
  • the injection of heat transfer fluid from the heat management loop of the motor D to the heating loop A can be controlled by a stop valve 341 or by a three-way valve positioned on the partial branch 340.
  • the heat transfer fluid outlet 10b of the second heat exchanger 10 is connected directly or indirectly to a reinjection 320 of coolant in the thermal management loop of the engine D.
  • the heating loop A comprises a circuit 38 of the first heat exchanger 7.
  • the said control circuit 38 directly connects the heat transfer fluid outlet 10b of the second heat exchanger 10 and reinjection 320 of heat transfer fluid in the thermal management loop of the engine D, said contortion circuit 38 also comprises an opening / closing valve 380.
  • the indirect connection of the heat transfer fluid outlet 10b of the second heat exchanger 10 is carried out via the first heat exchanger 7 and the four-way valve 22.
  • This second embodiment makes it possible in particular to save the power supply energy of the pump 22 for circulating the coolant in the circulation of the heat transfer fluid inside the heating loop A.
  • this mode of carrying out the circulation of the coolant inside the heating loop A can be provided by the mechanical pump 36 of the thermal management loop of the motor D.
  • This management method corresponds to the passage of the thermal management device 1 of the intake air from one mode of operation to another by selection of the loops in which the heat transfer fluid circulates. This selection is made in particular according to instructions sent by a control device, for example electronic.
  • a first heating mode of the intake air in which the four-way valve 22 closes the heating loop A, the heat-transfer fluid recovering the heat energy of the exhaust gases via the second heat exchanger 10 and the return to the intake air at the first heat exchanger 7.
  • This operating mode is used to heat the intake air at the first heat exchanger 7.
  • a second intake air heating mode in which the intake air is directly heated by hot and low pressure exhaust gases from the bypass branch 26. This mode of operation is used when starting the cold vehicle with cold external conditions the time that the heating loop A is heated due to the inertia of the coolant and heat exchangers.
  • a cooling mode in which the four-way valve 22 closes the cooling loop B, the heat-transfer fluid recovering the heat energy of the intake air via the first heat exchanger 7 and dissipating it at the level of the radiator low temperature 20.
  • This cooling mode is used to cool the intake air at the level of the first heat exchanger 7.
  • a mode of contouement in which the four-way valve 22 closes the control loop C, the intake air being neither heated nor cooled, the coolant flowing directly from the outlet 7b to the inlet 7a of heat transfer fluid of the first heat exchanger 7.
  • This mode of operation is used in particular when it is not necessary to heat or cool the intake air but a circulation of the coolant however, it is necessary to avoid boiling phenomena as well as to homogenize the temperature of the coolant.
  • the thermal management method may include an additional operating mode:
  • This diverted mode can in particular be used to cool the exhaust gases at the level of the second heat exchange 10 and evacuate this heat energy at the high temperature radiator of the thermal management system 34 of the engine 3.
  • This embodiment can also be used simultaneously with the cooling mode, the bypass mode or with the control mode
  • the embodiment varies according to the embodiment of the connection between the second heat exchanger 10 and the thermal management loop D.
  • the diverted mode is obtained thanks to the three-way valve 36 which directs the coolant towards the thermal management loop of the engine D.
  • the diverted mode is obtained thanks to the opening / closing valve 380 which opens the bypass circuit 38 of the first heat exchanger 7.
  • thermal management 1 of the intake air by the direct placement on the main exhaust line 12 of a second exchanger 10 and its direct connection with a first exchanger 7 placed in the air intake circuit 9, allows a better rise in temperature of the intake air, in particular due to the presence of the bypass branch 26 which allows during a cold start to heat the intake air by mixing with the gases of d a hot exhaust when the heat transfer fluid flowing between the second 10 and the first heat exchanger 7 also rises in temperature and can itself heat the intake air via the first heat exchanger 7.

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique (1) de l'air d'admission d'un moteur (3) à explosion équipé d'un turbocompresseur (5), ledit dispositif comportant : un premier échangeur de chaleur (7) placé dans le circuit d'admission d'air (9), un second échangeur de chaleur (10) placé sur la ligne d'échappement principale (12) et relié au premier échangeur de chaleur (7) pour former une boucle de chauffage (A), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant en outre un système de récupération des gaz d'échappement (14) dit basse pression, comportant une première dérivation (141) placée en aval de la turbine (5b), une sortie (142) placée en amont du compresseur (5a) et une vanne de régulation (140), le second échangeur de chaleur (10) étant placé entre la turbine (5b) et la première dérivation (141), la ligne d'échappement principale (12) comportant une branche de dérivation (26) entre une deuxième dérivation (201) placée sur la ligne d'échappement principale (12) en amont du second échangeur de chaleur (10), un dispositif de dérivation (200) apte à gérer la circulation des gaz d'échappements et une sortie (202).

Description

Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.
La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur à explosion d'un véhicule automobile et plus particulièrement d'un moteur à explosion turbocompressé et disposant d'un échangeur de chaleur au sein du circuit d'admission d'air. Dans des conditions climatiques froides, un moteur à explosion notamment diesel, a des difficultés de démarrage et de montée en température par rapport à un moteur essence. En effet, un temps de chauffe est nécessaire avant que les gaz d'échappement aient une température suffisante pour que les dispositifs de traitement des gaz d'échappement, comme par exemple le catalyseur, puissent être complètement efficace. De plus des conditions climatiques froides peuvent entraîner des soucis de combustion lors du démarrage à froid et entraîner une surconsommation ainsi qu'une augmentation des émissions polluantes.
Une solution connue dans le cas d'un véhicule équipé d'un turbocompresseur et d'un échangeur de chaleur placé dans le circuit d'admission d'air afin de refroidir l'air d'admission, est de contourner ledit échangeur de chaleur via un circuit de contournement afin que les gaz d'échappement montent en température plus rapidement. De plus, si le véhicule est également équipé d'un système de recirculation des gaz d'échappement, il est également connu d'utiliser un circuit de contournement pour contourner un échangeur de chaleur placé dans ledit système de recirculation des gaz d'échappement et amener les gaz d'échappement chaud dans le circuit d'admission d'air.
Une autre solution connue, est de réchauffer directement l'air d'admission d'air dans le circuit de contournement de l'échangeur de chaleur du circuit d'admission d'air, au moyen d'un réchauffeur électrique comme décrit dans la demande DE 10 2007 029 036 Al, ou encore au moyen d'un second échangeur de chaleur toujours placé dans le circuit de contournement de l'échangeur de chaleur du circuit d'admission d'air et relié à un échangeur de chaleur placé dans un système de recirculation des gaz d'échappement, comme décrit dans la demande DE 10 2007 005 246 Al.
Cependant, de telles solutions afin de réchauffer l'air d'admission ne sont pas satisfaisantes car sont soit coûteuses en énergie à utiliser soit alors ont un temps de montée en température insuffisant et prendre une place importante dans le compartiment moteur.
Un des buts de l'invention est donc de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique de l'air d'admission amélioré, notamment en conditions climatiques froides.
L'invention concerne donc un dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur à explosion équipé d'un turbocompresseur, ledit dispositif comportant :
• un premier échangeur de chaleur comportant une entrée et une sortie de fluide caloporteur, et placé dans le circuit d'admission d'air entre le compresseur et le moteur,
• un second échangeur de chaleur placé sur la ligne d'échappement principale du moteur et captant l'énergie calorifique des gaz d'échappement, transférant ladite énergie à un fluide caloporteur circulant dans une boucle de chauffage depuis une sortie et une entrée de fluide caloporteur, l'entrée de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur étant reliée à la sortie de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur et la sortie de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur étant reliée directement ou indirectement à l'entrée de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur, de sorte à former la boucle de chauffage,
ledit dispositif de gestion thermique comportant en outre un système de récupération des gaz d'échappement dit basse pression, comportant une première dérivation des gaz d'échappement placée sur la ligne d'échappement principale en aval de la turbine, une sortie des gaz d'échappement placée dans le circuit d'admission d'air en amont du compresseur et une vanne de régulation,
le second échangeur de chaleur est placé entre la turbine et la première dérivation du système de récupération des gaz d'échappement,
la ligne d'échappement principale comportant en outre une branche de dérivation des gaz d'échappement entre une deuxième dérivation des gaz d'échappement placée sur la ligne d'échappement principale en amont du second échangeur de chaleur, un dispositif de dérivation apte à gérer la circulation des gaz d'échappements et une sortie des gaz d'échappement.
Cette branche de dérivation permet, lorsque la boucle de chauffage n'est pas encore « chaude », une circulation de gaz d'échappement basse pression encore chauds directement vers le circuit d'admission d'air. Cela permet ainsi une montée en température du moteur thermique plus rapide et donc permet une diminution des émissions polluantes et de la surconsommation. En effet, lors d'un démarrage à froid dans des conditions externes froides, le fluide caloporteur circulant entre le second et le premier échangeur de chaleur ainsi que lesdits échangeurs de chaleur ont une certaine inertie qui fait qu'il lui faut un temps de chauffe (de l'ordre d'une centaine de seconde) afin qu'il puisse réchauffer l'air d'admission via le premier échangeur de chaleur. Selon un aspect de l'invention, la sortie des gaz d'échappement est placée sur le système de récupération des gaz d'échappement.
Selon un autre aspect de l'invention, la sortie des gaz d'échappement est placée en aval de de la vanne de régulation. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de dérivation est une vanne tout-ou-rien disposée sur ladite branche de dérivation.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de dérivation et la vanne de régulation son regroupées en une vanne trois-voies disposée au niveau de la sortie de la branche de dérivation.
Selon un autre aspect de l'invention, la sortie des gaz d'échappement est placée directement sur le circuit d'air d'admission.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de dérivation est une vanne de régulation apte à faire varier le débit de gaz d'échappement au sein de la branche de dérivation. Selon un autre aspect de l'invention, le second échangeur de chaleur est placé en aval des dispositifs de traitement des gaz d'échappement.
Selon un autre aspect de l'invention, la ligne d'échappement principale comporte un circuit de contoumement du second échangeur de chaleur et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une vanne de contoumement.
Selon un autre aspect de l'invention, la ligne d'échappement principale comporte un deuxième système de récupération des gaz d'échappement dit haute pression comportant une troisième dérivation des gaz d'échappement, placée sur la ligne d'échappement principale en amont de la turbine, et une sortie des gaz d'échappement placée dans le circuit d'admission d'air en aval du premier échangeur de chaleur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, parmi lesquelles : • la figure 1 montre une représentation schématique d'un moteur à explosion et de son dispositif de gestion thermique de l'air admission selon un premier mode de réalisation,
• la figure 2 montre une représentation schématique d'un moteur à explosion et de son dispositif de gestion thermique de l'air admission selon un deuxième mode de réalisation,
• la figure 3 montre une représentation schématique des boucles de circulation de fluide caloporteur d'un dispositif de gestion thermique de l'air admission selon un premier mode de réalisation,
« la figure 4 montre une représentation schématique des boucles de circulation de fluide caloporteur d'un dispositif de gestion thermique de l'air admission selon un deuxième mode de réalisation.
Les éléments identiques portent des références similaires sur les différentes figures.
La figure 1 montre une représentation schématique d'un moteur 3 à explosion équipé d'un turbocompresseur 5 et de son dispositif de gestion thermique 1 de l'air admission.
Le moteur 3, notamment diesel, comporte un circuit d'admission d'air 9 qui apporte l'air pour la combustion à l'intérieur des cylindres, ainsi qu'une ligne d'échappement principale 12 pour l'évacuation des gaz d'échappement. Le moteur 3 comporte également un turbocompresseur 5 comprenant une turbine 5b placée dans la ligne d'échappement principale 12 et un compresseur 5a placé dans le circuit d'admission d'air 9.
La ligne d'échappement principale 12 peut également comporter, en aval de la turbine 5b, des dispositifs de traitement des gaz d'échappement 16, par exemple un catalyseur et/ou un filtre à particule. Le dispositif de gestion thermique 1 comprend, placé dans le circuit d'admission d'air 9 entre le compresseur 5a et le moteur 3, un premier échangeur de chaleur 7 comportant une entrée 7a et une sortie 7b de fluide caloporteur. Le dispositif de gestion thermique 1 comprend également un second échangeur de chaleur 10 placé sur la ligne d'échappement principale 12 du moteur 3 et captant l'énergie calorifique des gaz d'échappement, transférant ladite énergie à un fluide caloporteur circulant dans une boucle de chauffage A depuis une sortie 10b de fluide caloporteur vers l'entrée 7a de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7 avec laquelle elle est reliée. La boucle de chauffage A est formée ensuite par la liaison directe ou indirecte de la sortie 7b de fluide caloporteur du premier échangeur 7 et l'entrée 10a de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur 10.
Ce placement du second échangeur de chaleur 10 directement sur la ligne d'échappement principale 12 permet de maximiser l'énergie calorifique disponible et récupérable pour réchauffer l'air d'admission au niveau du premier échangeur de chaleur 7. Cela permet ainsi une montée en température plus rapide du moteur et une meilleure combustion lors du démarrage à froid en condition climatique froide. Cette meilleure combustion entraîne une baisse de la consommation et une diminution des émissions polluantes. Le dispositif de gestion thermique 1 peut également comporter un système de récupération des gaz d'échappement 14 dit basse pression. La ligne d'échappement principale 12 comporte ainsi une première dérivation 141 des gaz d'échappement placée en aval de la turbine 5b et des dispositifs de traitement des gaz d'échappement 16 et débouchant dans le circuit d'admission d'air 9 en amont du compresseur 5a au niveau d'une sortie 142. L'ouverture et la fermeture du système de récupération des gaz d'échappement 14 sont commandées par une vanne de régulation 140 qui permet de réguler le débit de gaz d'échappement entrant dans le système de récupération des gaz d'échappement 14. Dans ce cas de figure, le second échangeur de chaleur 10 est placé entre la turbine 5b et la première dérivation 141 du système de récupération des gaz d'échappement 14, de préférence en aval des dispositifs de traitement des gaz d'échappement 16. Cela permet de garantir l'efficacité et la montée en température des dispositifs de traitement des gaz d'échappement car les gaz d'échappement qui les traversent n'ont pas subit de prélèvement d'énergie calorifique par le second échangeur de chaleur.
Ce placement du second échangeur de chaleur 10 entre la turbine 5b et la première dérivation 141 du système de récupération des gaz d'échappement 14 permet au second échangeur de chaleur 10 de jouer également le rôle d' échangeur de chaleur pour le système de récupération des gaz d'échappement 14 et ainsi de refroidir si besoin les gaz d'échappement destinés à retourner vers le circuit d'admission d'air 9. De plus, le placement du second échangeur directement sur la ligne principale d'échappement 12 permet, dans ce cas de figure, de récupérer de l'énergie calorifique des gaz d'échappement et ce même si le système de récupération des gaz d'échappement 14 est fermé. Cette récupération d'énergie peut également être réalisée sur le débit total des gaz d'échappement.
Dans le cas où il n'est pas nécessaire de chauffer l'air d'admission ou de refroidir les gaz d'échappement, il est possible de contourner le second échangeur 10 via un circuit de contournement 18 placé sur la ligne d'échappement principale 12 et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une vanne 180.
Le premier échangeur de chaleur 7 peut également jouer le rôle connu de refroidisseur de l'air d'admission si ce dernier est trop chaud pour la combustion dans les cylindres du moteur 3 et ainsi augmenter par refroidissement la quantité d'air d'admission arrivant aux cylindres. Pour cela, le premier échangeur de chaleur 7 est également relié à une boucle de refroidissement B comme montré sur les figures 3 et 4 illustrant les différentes boucles de circulation de fluide caloporteur. Cette boucle de refroidissement B relie la sortie 7b de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7 à l'entrée 20a de fluide caloporteur d'un radiateur basse température 20 et relie la sortie 20b de fluide caloporteur dudit radiateur basse température 20 à l'entrée 7a de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7.
Le premier échangeur 7 peut également être relié à une boucle de contournement C reliant entre-elles l'entrée 7a et la sortie 7b de fluide caloporteur dudit premier échangeur de chaleur 7. Cette boucle de contournement C est utile lorsque qu'il n'est pas nécessaire de refroidir ou réchauffer l'air d'admission et permet néanmoins au fluide caloporteur de circuler afin d'éviter les phénomènes d'ébullition et permet également d'homogénéiser la température du fluide caloporteur.
La ligne d'échappement principale 12 comporte en outre une branche de dérivation 26 des gaz d'échappement. Cette branche de dérivation 26 est réalisée entre une dérivation 201 des gaz d'échappement placée sur la ligne d'échappement principale 12 en amont du second échangeur de chaleur 10 et une sortie 202 des gaz d'échappement permettant l'arrivée desdits gaz d'échappement dans le circuit d'admission d'air 9. Ladite branche de dérivation 26 comporte un dispositif de dérivation 200 apte à gérer la circulation des gaz d'échappements en son sein.
Cette branche de dérivation 26 permet, lorsque la boucle de chauffage A n'est pas encore « chaude », une circulation de gaz d'échappement basse pression encore chauds directement vers le circuit d'admission d'air 9. Cela permet ainsi une montée en température du moteur thermique 3 plus rapide et donc permet une diminution des émissions polluantes et de la surconsommation . En effet, lors d'un démarrage à froid dans des conditions externes froides, le fluide caloporteur circulant entre le second 10 et le premier 7 échangeur de chaleur ainsi que lesdits échangeurs de chaleurs ont une certaine inertie qui fait qu'il lui faut un temps de chauffe (de l'ordre d'une centaine de seconde) afin qu'il puisse réchauffer l'air d'admission via le premier échangeur de chaleur 7. Selon un premier mode de réalisation, illustré à la figure 1, la sortie 202 des gaz d'échappement de la branche de dérivation 26 est placée sur le système de récupération des gaz d'échappement 14. La sortie 202 peut être par exemple positionnée en aval ée de la vanne de régulation 140. Le dispositif de dérivation 200 peut être alors une vanne tout-ou-rien disposée sur ladite branche de dérivation 26.
La vanne tout-ou-rien permet, selon les besoins, le passage des gaz d'échappement, circulant dans la ligne d'échappement principale 12, directement dans le système de récupération des gaz d'échappement 14 alors que la vanne de régulation 140 est fermée. Les gaz d'échappement arrivant dans le circuit d'admission d'air 9 sont alors chaud car ils ne sont pas passés par le second échangeur de chaleur 10.
Dans une variante de ce premier mode de réalisation (non représentée), le dispositif de dérivation 200 et la vanne de régulation 140 peuvent être regroupées en une vanne trois-voies disposée au niveau de la sortie 202 de la branche de dérivation 26. Dans cette variante, la vanne trois-voies permet de choisir si les gaz d'échappement arrivant au sein du circuit d'admission d'air 9 viennent de la première dérivation 141, de la deuxième dérivation 201.
Selon un deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 2, la sortie 202 des gaz d'échappement de la branche de dérivation 26 est placée directement sur le circuit d'admission d'air 9. Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de dérivation 200 est de préférence une vanne de régulation du même type que la vanne de régulation 140. Cette vanne de régulation 200 est apte à faire varier le débit de gaz d'échappement au sein de la branche de dérivation 26 en direction du circuit d'admission d'air 9 selon les besoins.
La ligne d'échappement principale 12 peut également comporter un deuxième système de récupération des gaz d'échappement 30 dit haute pression. Ce système de récupération des gaz d'échappement haute pression 30 comporte une troisième dérivation 301 des gaz d'échappement, placée sur la ligne d'échappement principale 12 en amont de la turbine 5b, et une sortie 302 des gaz d'échappement placée dans le circuit d'admission d'air 9 en aval du premier échangeur de chaleur 7. Ledit deuxième système de récupération des gaz d'échappement 30 dit haute pression peut également comporter une vanne d'arrêt 303 pour contrôler le passage ou non des gaz d'échappement. Comme le montrent les figures 3 et 4, une vanne quatre- voies 22 peut être placée à l'une des jonctions entre les boucles de chauffage A, de refroidissement B et de contoumement C, de sorte à commander la circulation du fluide caloporteur dans l'une desdites boucles de chauffage A, de refroidissement B ou de contoumement C. Cette vanne quatre- voies 22 peut être indifféremment placée en amont ou en aval du premier échangeur de chaleur 7.
Ainsi, la vanne quatre- voies 22 peut être placée en aval du premier échangeur de chaleur 7 et comporter ainsi une entrée et trois sorties de fluide caloporteur, l'entrée de fluide caloporteur étant reliée à la sortie 7b de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7, et chacune des trois sorties de fluide caloporteur étant reliée à l'une des boucles de chauffage A, de refroidissement B ou de contoumement C.
De même, la vanne quatre-voies 22 peut être placée en amont du premier échangeur de chaleur 7 et comporter ainsi trois entrées et une sortie de fluide caloporteur, la sortie de fluide caloporteur étant reliée à l'entrée 7a de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7, et chacune des trois entrées de fluide caloporteur étant reliée à l'une des boucles de chauffage A, de refroidissement B ou de contoumement C.
Il est également tout à fait possible d'imaginer un autre mode de réalisation où la vanne quatre-voies 22 peut être remplacée par deux vannes trois-voies ou encore par un ensemble de vannes d'arrêt simples placées sur chaque branches.
Une pompe 24 de circulation du fluide caloporteur est également placée entre l'une des jonctions entre les boucles de chauffage A, de refroidissement B et de contoumement C et le premier échangeur de chaleur 7 de sorte à mettre en mouvement le fluide caloporteur.
Toujours comme illustré par les figures 3 et 4, le second échangeur de chaleur 10 est également relié à une boucle de gestion thermique du moteur D. Cette boucle de gestion thermique du moteur D comprend notamment le système de gestion thermique 34 du moteur 3. Ce système de gestion thermique 34 du moteur 3 peut notamment comprendre un échangeur de chaleur placé au niveau dudit moteur 3, une pompe et une radiateur haute température pour évacuer l'énergie calorifique dudit moteur 3.
La communication entre le second échangeur de chaleur 10 et la boucle de gestion thermique D permet par exemple d'aider au chauffage de l'habitacle ou du moteur 3. De plus, cette liaison est nécessaire pour le refroidissement des gaz d'échappement en destination d'un système récupération des gaz d'échappement 14 lorsque le réchauffement de l'air d'admission n'est pas nécessaire.
Selon un premier mode de réalisation de la liaison entre le second échangeur de chaleur 10 et la boucle de gestion thermique D, illustré par la figure 3, ledit second échangeur de chaleur 10 est relié en parallèle avec le système de gestion thermique 34 du moteur 3. En amont dudit second échangeur de chaleur 10, la boucle de gestion thermique du moteur D rejoint la boucle de chauffage A et en aval dudit second échangeur de chaleur 10, les deux boucles divergent.
Une vanne trois voies 36 est placée à l'une des jonctions entre les boucles de chauffage A et de gestion thermique du moteur D, de sorte à commander la circulation du fluide caloporteur dans l'une desdites boucles de chauffage A, ou de gestion thermique du moteur D.
Selon un second mode de réalisation de la liaison entre le second échangeur de chaleur 10 et la boucle de gestion thermique D illustré par la figure 4, l'entrée 10a de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur 10 est reliée à une dérivation partielle 340 du fluide caloporteur de la boucle de gestion thermique du moteur D. Ladite dérivation partielle 340 est située en aval d'une pompe mécanique 36 appartenant au système de gestion thermique 34 du moteur3. L'injection de fluide caloporteur depuis la boucle de gestion thermique du moteur D vers la boucle de chauffage A peut être contrôler par une vanne d'arrêt 341 ou encore par une vanne trois-voies positionnée sur la dérivation partielle 340.
La sortie 10b de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur 10 est quant à elle reliée directement ou indirectement à une réinjection 320 de fluide caloporteur dans la boucle de gestion thermique du moteur D .
De plus, dans ce second mode de réalisation, la boucle de chauffage A comporte un circuit de contoumement 38 du premier échangeur de chaleur 7. Ledit circuit de contoumement 38 relie directement la sortie 10b de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur 10 et la réinjection 320 de fluide caloporteur dans boucle de gestion thermique du moteur D, ledit circuit de contoumement 38 comporte également une vanne d'ouverture/fermeture 380.
La liaison indirecte de la sortie 10b de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur 10 est quant à elle réalisée par l'intermédiaire du premier échangeur de chaleur 7 et de la vanne quatre- voies 22.
Ce second mode de réalisation permet notamment d'économiser l'énergie d'alimentation électrique de la pompe 22 de circulation du fluide caloporteur dans la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la boucle de chauffage A. En effet, dans ce mode de réalisation la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la boucle de chauffage A peut être assurée par la pompe mécanique 36 de la boucle de gestion thermique du moteur D.
Suivant dans quelles boucles de circulation de fluide caloporteur la circulation s'effectue, il est possible de définir un procédé de gestion thermique de la température d'air d'admission du moteur 3. Ce procédé de gestion correspond au passage du dispositif de gestion thermique 1 de l'air d'admission d'un mode de fonctionnement à un autre par sélection des boucles dans lesquelles le fluide caloporteur circule. Cette sélection se fait notamment en fonction de consignes envoyées par un dispositif de commande, par exemple électronique.
Les différents modes de fonctionnement sont ainsi :
• un premier mode de chauffage de l'air d'admission, dans lequel la vanne quatre- voies 22 ferme la boucle de chauffage A, le fluide caloporteur récupérant de l'énergie calorifique des gaz d'échappement via le second échangeur de chaleur 10 et la restituant à l'air d'admission au niveau du premier échangeur de chaleur 7. Ce mode de fonctionnement est utilisé pour chauffer l'air d'admission au niveau du premier échangeur de chaleur 7.
• un second mode de chauffage de l'air d'admission, dans lequel l'air d'admission est directement réchauffé par des gaz d'échappement chaud et en basse pression issus de la branche de dérivation 26. Ce mode de fonctionnement est utilisé lors du démarrage du véhicule à froid avec des conditions extérieures froides le temps que la boucle de chauffage A chauffe du fait de l'inertie du fluide caloporteur et des échangeurs de chaleurs..
• un mode de refroidissement, dans lequel la vanne quatre-voies 22 ferme la boucle de refroidissement B, le fluide caloporteur récupérant l'énergie calorifique de l'air d'admission via le premier échangeur de chaleur 7 et la dissipant au niveau du radiateur basse température 20. Ce mode de refroidissement est utilisé pour refroidir l'air d'admission au niveau du premier échangeur de chaleur 7.
• un mode de contoumement, dans lequel la vanne quatre-voies 22 ferme la boucle de contoumement C, l'air d'admission n'étant ni réchauffé ni refroidit, le fluide caloporteur circulant directement depuis la sortie 7b vers l'entrée 7a de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur 7. Ce mode de fonctionnement est utilisé en particulier lorsqu'il n'est pas nécessaire de chauffer ou de refroidir l'air d'admission mais qu'une circulation du fluide caloporteur est toutefois nécessaire pour évité les phénomènes d'ébullition ainsi que pour homogénéiser la température du fluide caloporteur..
• un mode de régulation dans lequel la vanne quatre-voies 22 permet le passage du fluide caloporteur à la fois dans la boucle de contournement C et dans la boucle de refroidissement B. Ce mode de réalisation peut être utilisé pour effectuer une gestion fine de la température de l'air d'admission notamment lorsque ce dernier a une température en augmentation mais n'ayant pas atteinte un niveau suffisant pour justifier son refroidissement. Dans le cas où le second échangeur de chaleur 10 est également relié à la boucle de gestion thermique du moteur D, le procédé de gestion thermique peut comporter un mode de fonctionnement supplémentaire :
• un mode détourné où le fluide caloporteur circule entre le second échangeur de chaleur 10 et la boucle de gestion thermique du moteur D.
Ce mode de détourné peut notamment être utilisé afin de refroidir les gaz d'échappement au niveau du second échange de chaleur 10 et évacuer cette énergie calorifique au niveau du radiateur haute température du système de gestion thermique 34 du moteur 3. Ce mode de réalisation peut également être utilisé simultanément avec le mode de refroidissement, le mode de contournement ou encore avec le mode de régulation
Dans ce dernier mode de fonctionnement, la réalisation varie selon le mode de réalisation de la liaison entre le second échangeur de chaleur 10 et la boucle de gestion thermique D.
Selon le premier mode de réalisation, illustré à la figure 3, le mode détourné est obtenu grâce à la vanne trois voies 36 qui dirige le fluide caloporteur vers la boucle de gestion thermique du moteur D. Selon le second mode de réalisation, illustré à la figure 4 le mode détourné est obtenu grâce à la vanne d'ouverture/fermeture 380 qui ouvre le circuit de contournement 38 du premier échangeur de chaleur 7. Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 de l'air d'admission de part le placement direct sur la ligne d'échappement principale 12 d'un second échangeur 10 et sa liaison directe avec un premier échangeur 7 placé dans le circuit d'admission d'air 9, permet une meilleur montée en température de l'air d'admission, notamment du fait de la présence de la branche de dérivation 26 qui permet lors d'un démarrage à froid de réchauffer l'air d'admission par son mélange avec des gaz d'échappement chaud le temps que le fluide caloporteur circulant entre le second 10 et le premier 7 échangeur de chaleur monte lui aussi en température et puisse réchauffer lui même l'air d'admission via le premier échangeur de chaleur 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de gestion thermique (1) de l'air d'admission d'un moteur (3) à explosion équipé d'un turbocompresseur (5), ledit dispositif comportant :
« un premier échangeur de chaleur (7) comportant une entrée (7a) et une sortie (7b) de fluide caloporteur, et placé dans le circuit d'admission d'air (9) entre le compresseur (5a) et le moteur (3),
• un second échangeur de chaleur (10) placé sur la ligne d'échappement principale (12) du moteur (3) et captant l'énergie calorifique des gaz d'échappement, transférant ladite énergie à un fluide caloporteur circulant dans une boucle de chauffage (A) depuis une sortie (10b) et une entrée (10a) de fluide caloporteurj' entrée (7a) de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur (7) étant reliée à la sortie (10b) de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur (10) et la sortie (7b) de fluide caloporteur du premier échangeur de chaleur (7) étant reliée directement ou indirectement à l'entrée (10a) de fluide caloporteur du second échangeur de chaleur (10), de sorte à former la boucle de chauffage (A),
ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant en outre un système de récupération des gaz d'échappement (14) dit basse pression, comportant une première dérivation (141) des gaz d'échappement placée sur la ligne d'échappement principale (12) en aval de la turbine (5b), une sortie (142) des gaz d'échappement placée dans le circuit d'admission d'air (9) en amont du compresseur (5a) et une vanne de régulation (140),
le second échangeur de chaleur (10) est placé entre la turbine (5b) et la première dérivation (141) du système de récupération des gaz d'échappement (14),
caractérisé en ce que la ligne d'échappement principale (12) comporte en outre une branche de dérivation (26) des gaz d'échappement entre une deuxième dérivation (201) des gaz d'échappement placée sur la ligne d'échappement principale (12) en amont du second échangeur de chaleur (10), un dispositif de dérivation (0) apte à gérer la circulation des gaz d'échappements et une sortie (202) des gaz d'échappement.
2. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sortie (202) des gaz d'échappement est placée sur le système de récupération des gaz d'échappement (14).
3. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sortie (202) des gaz d'échappement est placée en aval de la vanne de régulation (140).
4. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de dérivation (200) est une vanne tout-ou-rien disposée sur ladite branche de dérivation (26).
5. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de dérivation (200) et la vanne de régulation (140) son regroupées en une vanne trois-voies disposée au niveau de la sortie (202) de la branche de dérivation (26).
6. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie (202) des gaz d'échappement est placée directement sur le circuit d'air d'admission (9).
7. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de dérivation (200) est une vanne de régulation apte à faire varier le débit de gaz d'échappement au sein de la branche de dérivation (26).
8. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (10) est placé en aval des dispositifs de traitement des gaz d'échappement (16).
9. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne d'échappement principale (12) comporte un circuit de contournement (18) du second échangeur de chaleur (10) et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une vanne de contournement (180).
10. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne d'échappement principale (12) comporte un deuxième système de récupération des gaz d'échappement (30) dit haute pression comportant une troisième dérivation (301) des gaz d'échappement, placée sur la ligne d'échappement principale (12) en amont de la turbine (5b), et une sortie (302) des gaz d'échappement placée dans le circuit d'admission d'air (9) en aval du premier échangeur de chaleur (7).
EP16707690.0A 2015-02-25 2016-02-25 Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur. Withdrawn EP3262290A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1551609A FR3033002B1 (fr) 2015-02-25 2015-02-25 Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.
PCT/EP2016/053987 WO2016135244A1 (fr) 2015-02-25 2016-02-25 Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3262290A1 true EP3262290A1 (fr) 2018-01-03

Family

ID=53008723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16707690.0A Withdrawn EP3262290A1 (fr) 2015-02-25 2016-02-25 Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10208719B2 (fr)
EP (1) EP3262290A1 (fr)
FR (1) FR3033002B1 (fr)
WO (1) WO2016135244A1 (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017101967A1 (fr) * 2015-12-14 2017-06-22 Volvo Truck Corporation Système de moteur à combustion interne et unité de traitement d'échappement pour un tel système
CN114294100B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机用热端动态空气补偿与带加热装置的排温管理系统
CN114294092B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 一种发动机用动态空气补偿与排温管理系统
CN114294096B (zh) * 2021-11-19 2023-04-25 东风商用车有限公司 一种基于传感器的发动机用动态空气补偿及排温管理系统
CN114294098B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 柴油机用动态空气补偿及排温管理系统
CN114294101B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 柴油机动态空气补偿及热管理系统
CN114294095B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机冷端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统
CN114294097B (zh) * 2021-11-19 2023-05-23 东风商用车有限公司 发动机热端动态空气补偿与旁通节气门后置排温管理系统

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19618868C2 (de) * 1996-05-10 1998-07-02 Daimler Benz Ag Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem
AU2003291995A1 (en) * 2002-12-03 2004-06-23 Behr Gmbh And Co. Kg Cooling device
JP2007224786A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Komatsu Ltd 排気ガス再循環装置
DE102006057488B4 (de) * 2006-12-06 2018-02-08 Audi Ag Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102007005246A1 (de) 2007-02-02 2007-11-22 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine
DE102007029036B4 (de) 2007-06-23 2019-07-18 Volkswagen Ag Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine
FR2919681B1 (fr) * 2007-07-30 2009-10-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Circuit des gaz d'echappement d'un moteur
DE102008044672A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 Behr Gmbh & Co. Kg Gaskühler für einen Verbrennungsmotor
US8261542B2 (en) * 2008-09-03 2012-09-11 General Electric Company System, method, and device for locomotive exhaust gas recirculation cooling and catalyst heating
FR2940357B1 (fr) * 2008-12-18 2014-11-07 Valeo Sys Controle Moteur Sas Moteur thermique a combustion interne,systeme de regulation, procede de dimensionnement pour le moteur et vehicule automobile avec le moteur
DE102010003798A1 (de) * 2010-04-09 2011-10-13 Ford Global Technologies, Llc Niederdruck-Abgasrückführsystem mit Wärmerückgewinnung
KR101753402B1 (ko) * 2011-01-24 2017-07-03 두산인프라코어 주식회사 건설중장비의 배기가스 재순환장치 제어방법
FR2990468B1 (fr) * 2012-05-09 2015-08-21 Valeo Systemes De Controle Moteur Systeme de recuperation d'energie dans un circuit de gaz d'echappement
GB2507342B (en) * 2012-10-29 2016-06-01 Gm Global Tech Operations Llc Heating apparatus for an internal combustion engine
FR3000140B1 (fr) * 2012-12-21 2019-05-17 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur et procede de gestion thermique associe
US10371088B2 (en) * 2016-02-15 2019-08-06 Ford Global Technologies, Llc Heat exchanger for a rankine cycle in a vehicle muffler
US10233817B2 (en) * 2016-05-10 2019-03-19 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust gas heat recovery
US10041451B2 (en) * 2016-05-23 2018-08-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for controlling air flow paths in an engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016135244A1 (fr) 2016-09-01
FR3033002A1 (fr) 2016-08-26
US20180038324A1 (en) 2018-02-08
FR3033002B1 (fr) 2019-05-17
US10208719B2 (en) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3262290A1 (fr) Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur.
EP2935853B1 (fr) Dispositif de gestion thermique de l'air d'admission d'un moteur et procédé de gestion thermique associé
FR3002285A1 (fr) Systeme de recuperation de chaleur des gaz d'echappement dans un moteur a combustion interne, avec deux echangeurs de chaleur au niveau d'un circuit de recirculation de gaz
EP2191126B1 (fr) Dispositif et procédé de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique
FR2884555A1 (fr) Dispositif de recuperation d'energie d'un moteur a combustion interne
WO2009068504A1 (fr) Dispositif et procede de depollution et de chauffage pour vehicule automobile
EP3303798A1 (fr) Ensemble moteur turbocompressé a deux conduits d'échappement et vanne de régulation
FR2890697A1 (fr) Moteur de vehicule comprenant un circuit de gaz recircules refroidis a basse temperature
EP1636479B1 (fr) Procede de regulation de la temperature des gaz admis dans un moteur thermique de vehicule automobile et systeme pour la mise en oeuvre de ce procede
EP2859214A1 (fr) Systeme de recuperation d'energie dans un circuit de gaz d'echappement
WO2015052424A1 (fr) Refroidissement d'un moteur alternatif a combustion interne
EP3551953A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment échangeur d'air de suralimentation pour véhicule automobile
FR3015563A1 (fr) Ensemble comprenant un moteur thermique et un compresseur electrique
FR3066556B1 (fr) Groupe motopropulseur avec source de chaleur additionnelle integree dans un circuit de fluide caloporteur
EP3141733B1 (fr) Groupe motopropulseur comportant une conduite de recirculation des gaz d'échappement non refroidie et procédé associé
EP1769145A1 (fr) Dispositif de regulation thermique d'un moteur a combustion interne
EP3250810B1 (fr) Système d'admission d'air et procédé de gestion thermique d'air d'admission
WO2017006025A1 (fr) Circuit de recirculation de gaz d'echappement pour un moteur thermique a allumage commande
FR2947872A1 (fr) Systeme de pilotage de la temperature des gaz de suralimentation d'un moteur thermique
FR3067061B1 (fr) Systeme d'alimentation d'un moteur a combustion interne
FR3053407B1 (fr) Ensemble de circulation de gaz d’echappement d’un moteur thermique
FR3051148A1 (fr) " systeme de refroidissement pour un vehicule hybride comportant un circuit de transfert de liquide de refroidissement "
FR3096404A1 (fr) Dispositif de régulation de la température d’au moins un élément d'un moteur thermique suralimenté
WO2020151989A1 (fr) Circuit de refroidissement d'un moteur thermique equipe d'un circuit recuperateur de chaleur
FR3057298A1 (fr) Ensemble de motorisation a boucle de rankine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170822

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20180711

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20181122