FR2855562A1 - Dispositif d'apport calorifique integre a un groupe motopropulseur d'un vehicule automobile - Google Patents

Dispositif d'apport calorifique integre a un groupe motopropulseur d'un vehicule automobile Download PDF

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Frederic Pirotais
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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'apport calorifique 8 constitué par un ensemble d'éléments primaires 8a et par un ensemble d'éléments secondaires, ledit dispositif étant monté dans l'environnement d'un groupe motopropulseur 2 d'un véhicule automobile comprenant des composants tels que conduite d'admission d'air 4, pompe à carburant 100, module électronique 101, conduit d'échappement 5, circulateur de liquide de refroidissement 102 et au moins un échangeur gaz-liquide (14, 30, 19, 20, 41), caractérisé en ce que les éléments secondaires sont dissociés du dispositif d'apport calorifique.Avantageusement, l'un au moins des éléments secondaires est remplacé par ou intégré dans au moins un des composants du groupe motopropulseur 2.Application aux véhicules automobiles.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui
des systèmes d'apport thermiques à une installation de refroidissement d'un moteur d'un véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement l'intégration d'un 5 élément apportant un surcroît d'énergie thermique appelé dispositif d'apport calorifique autour d'un moteur à combustion interne ainsi que la manière d'utiliser intelligemment les gaz rejetés par un tel dispositif.
Les contraintes environnementales, en particulier les 10 normes de plus en plus sévères, ainsi que les constructeurs automobiles demandent un abaissement des consommations en carburant tout en maintenant un niveau de confort thermique satisfaisant. Une part importante de la consommation et de l'émission de gaz polluants a lieu à la mise en route du 15 moteur et pendant les premières minutes de fonctionnement.
En effet, les rendements des moteurs actuels ne permettent pas d'atteindre rapidement des températures élevées, en particulier pour l'huile du moteur ou de la boîte de vitesses, ce qui a pour inconvénient d'une part, de 20 prolonger l'existence des frottements internes dans ces deux organes et d'autre part de créer une charge supplémentaire sur le moteur augmentant ainsi la consommation de carburant et la pollution. L'invention se propose d'améliorer les méthodes existantes pour résoudre ce problème.
Le délai de montée en température amène un autre inconvénient. En effet, le déficit thermique du moteur ne permet pas non plus de fournir rapidement les calories nécessaires pour réchauffer les occupants de l'habitacle, ce qui va à l'encontre des conditions de confort requises par 30 les constructeurs. Des solutions technologiques ont été envisagées comme par exemple l'apport calorifique à un circuit de refroidissement du véhicule au moyen d'un brûleur. Ce dernier peut être comparé à une petite chaudière. Le document US 6 079 629 décrit un agencement de 35 ce type.
Néanmoins, un problème majeur de ce type d'installation est que le brûleur est constitué d'un grand nombre de pièce qui rend le coût de cet appareil trop élevé au regard des contraintes du secteur automobile.
Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en réduisant le brûleur à un minimum de composants et en délocalisant certaines fonctions vers des éléments existants dans 5 l'environnement d'un groupe motopropulseur comme par exemple un échangeur thermique, un calculateur, une pompe à essence, un circulateur de liquide de refroidissement, une ligne d'échappement,...
Cette mutualisation des fonctions s'accompagne d'une 10 augmentation des fonctions du dispositif d'apport calorifique afin de valoriser au mieux le coût du dispositif et répondre ainsi aux contraintes économiques des constructeurs. Outre la fonction principale d'apport calorifique au système de refroidissement du véhicule, des 15 fonctions secondaires apparaissent. La fonction assurée par les bougies de préchauffage est alors garantie par un dispositif d'apport calorifique qui cumule ainsi plusieurs fonctions telles que l'aide au démarrage, le réchauffage de l'huile du moteur ou de la boîte de vitesses pour réduire la 20 viscosité, la régénération du filtre à particules, l'accélération de la montée en température d'un échangeur catalytique d'échappement ou encore l'augmentation de puissance moteur par l'introduction de gaz chauds en amont de la turbine d'un turbocompresseur.
L'invention a donc pour objet dispositif d'apport calorifique constitué par un ensemble d'éléments primaires et par un ensemble d'éléments secondaires, ledit dispositif étant monté dans l'environnement d'un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile comprenant des composants tels que 30 conduite d'admission d'air, pompe à carburant, module électronique, conduit d'échappement, circulateur de liquide de refroidissement et au moins un échangeur gaz-liquide, caractérisé en ce que les éléments secondaires sont dissociés du dispositif d'apport calorifique.
Selon une première caractéristique de l'invention, l'un au moins des éléments secondaires est remplacé par au moins un des composants du groupe motopropulseur.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention, l'un au moins des éléments secondaires est intégré dans au moins un des composants du groupe motopropulseur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément secondaire est intégré dans ou remplacé par un composant du groupe motopropulseur ayant une fonction similaire audit élément secondaire.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément secondaire et le composant sont combinés de sorte à former un élément unitaire.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, 10 les éléments secondaires sont du type pompe à carburant, module électronique, échangeur thermique, tube d'échappement, tube d'admission et pompe de circulation du liquide de refroidissement.
Les éléments primaires sont au moins un injecteur, au 15 moins un système de démarrage, au moins un capteur et au moins une chambre de combustion alors que les éléments secondaires sont du type pompe à carburant, module électronique, échangeur thermique, tube d'échappement, tube d'admission et pompe de circulation du liquide de 20 refroidissement.
Selon encore une caractéristique de l'invention, la chambre de combustion est en amont d'au moins un des échangeurs gaz-liquide du groupe motopropulseur.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, 25 la chambre de combustion est en communication avec la conduite d'admission d'air de sorte à former un circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique.
La chambre de combustion est en communication avec le 30 conduit d'échappement.
Le circuit principal d'évacuation est contrôlé par une première vanne du type trois voies.
Avantageusement, le circuit principal d'évacuation comprend au moins un échangeur additionnel du type gaz35 liquide, par exemple gaz-huile moteur ou gaz-huile de boîte de vitesses ou gaz-liquide de refroidissement ou gaz-huile de colonne de direction.
L'échangeur gaz-liquide du groupe motopropulseur est un refroidisseur d'air d'admission ou un refroidisseur de re- circulation de gaz d'échappement (EGRR) ou un échangeurrécupérateur de calories sur l'échappement ou un refroidisseur de système catalytique.
Avantageusement encore, le circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique est constitué par une partie d'un conduit de recirculation de gaz d'échappement qui met en communication le conduit d'échappement avec la conduite d'admission d'air du groupe motopropulseur.
Avantageusement encore, le circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique est constitué par un tube, une canalisation et/ou un tuyau, une vanne additionnelle étant apte à commander la circulation des gaz vers le tube et/ou vers le 15 tuyau.
De même, la circulation des gaz d'échappement du moteur dans le conduit de re-circulation des gaz d'échappement est contrôlée par une vanne disposée en amont du refroidisseur de re-circulation de gaz d'échappement (EGRR).
Selon une autre caractéristique de l'invention, le conduit d'échappement comprend un refroidisseur de système catalytique et/ou un filtre à particules disposé(s) sur le trajet desdits gaz en amont desquels est raccordé un deuxième circuit de sorte à rejeter les gaz d'échappement du 25 dispositif d'apport calorifique.
Le deuxième circuit comporte plusieurs valves destinées à commander la circulation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique au travers du refroidisseur de système catalytique, du filtre à particules, d'un 30 catalyseur de système catalytique, de l'échangeurrécupérateur de calories sur l'échappement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le groupe motopropulseur comprend un turbocompresseur fournissant un comburant compressé au groupe motopropulseur 35 ainsi qu'au dispositif d'apport calorifique.
Avantageusement, le groupe motopropulseur comprend une deuxième vanne trois voies destinée à mettre en communication une sortie de la première vanne trois voies avec la conduite d'alimentation en amont du refroidisseur d'air d'admission et/ou d'un tube.
Le groupe motopropulseur comprend une troisième vanne trois voies destinée à mettre en communication une sortie de la deuxième vanne avec la conduite d'alimentation en aval du 5 refroidisseur d'air d'admission et/ou un circuit intermédiaire dans lequel est installé l'un des échangeurs additionnels.
Avantageusement encore, le deuxième circuit comporte un canal contrôlé par une valve de sorte à diriger les gaz 10 d'échappement du dispositif d'apport calorifique dans le conduit d'évacuation des gaz d'échappement du moteur en amont du turbocompresseur de manière à créer une suralimentation par procédé hyperbar.
Enfin, les vannes et valves sont commandées seules ou en 15 combinaison selon une stratégie imposée par des conditions de confort dans le véhicule et/ou des conditions de température au sein des échangeurs gaz- liquide.
Un tout premier avantage du dispositif selon l'invention réside dans l'abaissement du coût de la fonction apport 20 calorifique à un circuit de refroidissement d'un moteur. Les fonctions secondaires du brûleur de l'art antérieur sont assurées par des composants existants sur le véhicule.
Un autre avantage réside dans l'utilisation intelligente des rejets du dispositif d'apport calorifique. Ainsi, cette 25 énergie thermique peut servir à réchauffer l'huile moteur, boîte de vitesses, direction ou tout autre fluide nécessitant un apport calorifique tel que le fluide de refroidissement du moteur. Il devient alors possible de créer un préchauffage du l'habitacle du véhicule avant mise 30 en route du moteur.
Un autre avantage de l'invention réside dans l'exploitation de cette énergie thermique pour régénérer le filtre à particules ou accélérer la montée en température, par exemple, de l'échangeur catalytique d'échappement.
Un autre avantage de l'invention réside dans l'augmentation de la puissance fournit par un turbocompresseur grâce à l'augmentation de pression fournit par le dispositif d'apport calorifique.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ciaprès à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels: -la figure 1 est une représentation schématique de 5 l'invention intégrant le dispositif d'apport calorifique selon une première variante, -la figure 2 est une illustration de la première variante de l'invention intégrant une nouvelle fonctionnalité, -la figure 3 est une vue schématique d'une deuxième variante du dispositif d'apport calorifique selon l'invention, -les figures 4 à 6 sont des illustrations du dispositif intégrant trois autres évolutions de l'invention, -la figure 7 est une représentation schématique illustrant plus particulièrement une dernière variante de l'invention.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir 20 à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention le cas échéant.
L'ensemble de la description ci-dessous utilise les termes amont et aval. Ces termes doivent s'interpréter en fonction du sens de circulation du fluide dans le conduit en 25 question.
La figure 1 illustre un dispositif d'apport calorifique selon l'invention installé dans l'environnement d'un groupe motopropulseur 2. Ce dernier comprend un moteur à combustion interne alimenté par un système d'alimentation en 30 combustible 3, une conduite d'alimentation 4 en comburant et un conduit d'évacuation 5 des gaz d'échappement dudit moteur. Ce dernier présente un collecteur d'admission 6 par laquelle est injecté le comburant ou un mélange du comburant et du combustible. De même, le moteur 2 présente un 35 collecteur d'échappement 7 au travers de laquelle circulent les gaz d'échappement du moteur 2 vers le conduit d'évacuation 5.
Un dispositif d'apport calorifique 8 est installé dans un circuit parallèle à une partie de la conduite d'alimentation 4 en comburant. Ce dispositif est raccordé en entrée à l'admission du moteur et en sortie à un conduit 9 de re-circulation des gaz d'échappement du moteur. Ce conduit forme ici un circuit principal d'évacuation des gaz 5 d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8. Ce circuit comprend un échangeur thermique gaz-liquide de refroidissement du type refroidisseur de re-circulation de gaz d'échappement (EGRR) 14. La circulation au travers ce conduit 9 se fait de manière connue dans le sens gaz 10 d'échappement du moteur vers comburant. Une vanne d'EGR 16 installé sur une canalisation 50 reliant le collecteur d'échappement 7 et le conduit 9 contrôle la circulation de ces gaz d'échappement.
Le dispositif d'apport calorifique 8 comprend des 15 éléments primaires 8a et des éléments secondaires. Les éléments primaires 8a sont ceux qui ne peuvent être délocalisés ou remplacés par un composant existant sur le véhicule alors que les éléments secondaires sont ceux qui peuvent être intégrés ou remplacés dans ou par un composant 20 existant sur le véhicule.
Les éléments primaires 8a sont une chambre de combustion 8al, un injecteur 8a2, un système de démarrage 8a3 plus communément appelé bougies et au moins un capteur 8a4.
Les éléments secondaires sont: la pompe à carburant 25 remplacé par la pompe à carburant 100 du groupe motopropulseur, le pulseur d'air remplacé par l'aspiration d'air dans la conduite d'admission 4 combiné à une vanne 33, le module électronique est intégré au module de commande du moteur ou de la climatisation référencé 101, l'échangeur 30 thermique remplacé dans cet exemple par le refroidisseur de re-circulation de gaz d'échappement (EGRR) 14, le tube d'échappement remplacé par le conduit 9 existant sur le véhicule et la pompe de circulation du liquide de refroidissement remplacé par le circulateur 102 de liquide 35 de refroidissement qui sera par exemple une pompe à eau mécanique ou électrique.
Le dispositif d'apport calorifique 8 est raccordé à la conduite d'alimentation 4 par une dérivation 34 de manière à prélever une partie du flux d'air et l'envoyer à l'intérieur du brûleur, typiquement vers la chambre de combustion. Ce dispositif 8 est alimenté en combustible par une canalisation 103 raccordé d'un côté à la pompe à carburant 100 et de l'autre au dispositif 8. La pompe à carburant prélève le combustible dans un réservoir 104.
Le dispositif d'apport calorifique évacue ses gaz d'échappement dans le circuit 9. Dans la variante représentée à la figure 1, le circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 10 est constitué par le conduit 9.
La figure 2 illustre la première variante de l'invention dans laquelle une nouvelle fonctionnalité est ajoutée. Celle-ci consiste à utiliser les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique pour les envoyer dans le 15 conduit d'alimentation sans passer par un échangeur thermique. Les caractéristiques identiques représentées sur la figure 1 et sur la figure 2 portent les mêmes références.
Le conduit 9 supporte une première vanne 12. Cette vanne peut être du type deux voies de manière à contrôler le flux 20 des gaz d'échappement du brûleur à envoyer dans le comburant. La circulation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 peut alors se faire soit via le circuit principal d'évacuation, en l'occurrence le conduit 9 o un échangeur peut être installé, soit 25 directement via la conduite d'alimentation 4. La première voie 12a de la vanne 12 est raccordée à la sortie du dispositif d'apport calorifique 8, la deuxième voie 12b est raccordée au circuit principal d'évacuation, ici matérialisée par le conduit 9, alors que la troisième voie 30 12c est raccordée à la conduite d'alimentation 4. Dans cet exemple de réalisation, les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 qui circule par l'une ou l'autre de ces voies sont toujours renvoyés dans le comburant du moteur.
Cette figure montre un ventilateur 105 couplé à l'entrée en air du dispositif d'apport calorifique 8. Il fournit une quantité suffisante à la mise en fonctionnement du dispositif d'apport calorifique 8 dans la phase de préchauffage du véhicule, c'est-à-dire quand le moteur ne fonctionne pas.
La figure 3 représente une deuxième variante de l'invention. Un turbocompresseur 29 est intégré classiquement à la conduite d'alimentation 4 et au conduit 5 d'échappement 5. Le turbocompresseur 29 est constitué d'une turbine 29a relié à un compresseur 29b par un axe 29c. La conduite d'alimentation 4 présente un échangeur thermique gaz-liquide de refroidissement du type refroidisseur d'air d'admission 30 (RAS) placé entre le compresseur 29b et le 10 collecteur d'admission 6 et traversé par le comburant.
L'entrée d'air du dispositif d'apport calorifique 8 est raccordée à la conduite d'alimentation 4 alors que la chambre de combustion 8al est directement connectée au circuit de gaz de l'échangeur 30. Dans cette variante, le 15 circuit principal est formé par la conduite d'alimentation 4. Ainsi, l'apport thermique au liquide de refroidissement est immédiat. L'ensemble de l'air admit par le moteur traverse le dispositif d'apport calorifique 8.
La figure 4 montre une évolution du dispositif selon 20 l'invention. Il reprend les éléments décrits à la figure 2 mais comprend au surplus un deuxième circuit 18 d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8.
Le conduit d'évacuation 5 des gaz d'échappement du moteur 2 comprend un refroidisseur de système catalytique 19 et/ou un 25 échangeurrécupérateur de calories sur l'échappement 20 disposés sur le trajet d'échappement du moteur 2. La présence des deux échangeurs n'est pas indispensable, un seul d'entre eux suffit. Ils sont représentés ici à titre illustratif l'un avant l'autre mais leur ordre pourrait être 30 inversé sans nuire à l'invention. De plus, ils sont représentés sur cette figure en série mais ils pourraient aussi être placés en parallèle l'un par rapport à l'autre.
Le deuxième circuit 18 est alors raccordé à une première extrémité au conduit 19 entre la vanne 12 et le dispositif 35 d'apport calorifique 8 pour prélever une partie des gaz d'échappement de ce dernier et les conduire en amont du refroidisseur 19 et/ou de l'échangeur-récupérateur 20.
Le deuxième circuit 18 se sépare en deux branches 21 et 22. La branche 21 conduit les gaz directement en amont du refroidisseur 19 alors que la branche 22 conduit les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 en amont de l'échangeur-récupérateur 20 mais en aval du refroidisseur 19.
Chacune des branches 21 et 22 comprennent une valve 23 et 24 apte à contrôler le flux de gaz circulant dans ces branches. Bien entendu, ces deux valves 23 et 24 peuvent être remplacées par une vanne unique 3 voies (non représentée) installée au point de séparation des deux 10 branches 21 et 22. Les deux valves 23 et 24 sont commandées électriquement par le module électronique 101.
La figure 5 est une variante du dispositif décrit en rapport avec la figure précédente. La différence repose sur l'utilisation des gaz d'échappement du dispositif d'apport 15 calorifique 8. Le deuxième circuit 18 se sépare en quatre branches 21, 121, 22, 122. Chacune de ses branches supporte une valve 23, 123, 24, 124. En plus du refroidisseur de système catalytique 19 et de l'échangeur-récupérateur de calories sur l'échappement 20, le conduit d'échappement 5 20 comporte un catalyseur 119 appartenant au système catalytique et un filtre à particules disposés sur le trajet d'échappement du moteur 2. Il est bien entendu que ces quatre éléments ne sont toujours présents ensembles, par exemple, dans le cas d'un moteur diesel, il n'existera pas 25 de système catalytique car ceux-ci sont réservés aux moteurs essence. De même, l'utilisation du filtre à particules est inopportune pour un moteur essence car ces filtres sont utilisés pour les motorisations diesel.
La branche 121 est raccordée entre le refroidisseur de 30 système catalytique 19 et le catalyseur 119 alors que la branche 124 est raccordée au conduit d'échappement 5 entre l'échangeur-récupérateur de chaleur 20 et le filtre à particule 120. Chacune des valves 23, 123, 24, 124 est raccordée électriquement au module électronique de commande 35 101.
Comme pour l'exemple décrit à la figure 2, le dispositif d'apport calorifique 8 peut supporter un ventilateur 105 qui fournira la quantité d'air suffisant pour que le dispositif fonctionne même si le moteur n'est pas mis en fonctionnement.
La figure 6 est une illustration d'une autre fonction additionnelle que peut apporter l'utilisation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8.
Le dispositif d'apport calorifique est ici raccordé à un tube 40. Ce dernier conduit les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 au travers d'un échangeur additionnel du type gaz-liquide 41. Ce dernier récupère l'énergie calorifique et la restitue soit au liquide de 10 refroidissement dans le cas d'un échangeur gaz-liquide de refroidissement, soit à l'huile du moteur dans le cas d'un échangeur gaz- huile moteur, soit à l'huile de boîte de vitesses mécanique ou automatique dans le cas d'un échangeur gaz-huile de boîte de vitesse, soit à l'huile de direction 15 dans la cas d'un échangeur gaz-huile de direction.
La figure 6 représente un seul échangeur 41 mais une combinaison en série ou en parallèle de plusieurs échangeurs est bien entendu couverte par l'objet de l'invention. Le conduit 40 comporte une vanne additionnelle trois voies 42 20 disposé en aval de l'échangeur 41 permet d'envoyer les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 soit dans la conduite d'alimentation 4, soit dans le conduit d'échappement 5. La première voie 42a est raccordée au tube 40, la deuxième voie est raccordée à une canalisation 43 25 alors que la troisième voie est connectée à un tuyau 44.
La conduite secondaire 18 est raccordée au tube 40 entre le dispositif d'apport calorique 8 et l'échangeur 40 de manière à conduire les gaz d'échappement vers le refroidisseur de système catalytique 19 et/ou vers le filtre 30 à particules 120. Bien entendu, ces deux éléments sont représentés à titre illustratif.
Le circuit principal est ici constitué par le tube 40 et la canalisation 43 ou le tuyau 44.
La figure 7 est une illustration du dispositif selon 35 l'invention dans une variante complète combinant les concepts décrits ci-dessus.
Le dispositif d'apport calorifique 8 évacue ses gaz d'échappement dans le conduit 9. La première vanne 12 permet de les diriger soit vers le refroidisseur de re-circulation de gaz d'échappement, soit vers une deuxième vanne trois voies 45. La première voie de cette vanne 45a est raccordée à la voie 12c de la vanne 12, la seconde voie 45b est raccordée à la conduite d'alimentation 4 en amont d'un 5 refroidisseur d'air d'admission 30 alors que la troisième voie 45c est connecté à un tube 46. Ce dernier conduit les gaz d'échappement vers une troisième vanne trois voies 47.
La première voie de cette vanne 47 est raccordée au tube 46, la deuxième est connectée à la conduite d'alimentation 4 en 10 aval du refroidisseur d'air d'admission alors que la troisième voie est raccordée à un circuit intermédiaire 39 dans lequel est installé un échangeur gaz-liquide 41 propre à fournir les fonctions additionnelles décrites en rapport avec la figure 6. Les gaz d'échappement du dispositif 15 d'apport calorifique ayant traversés l'échangeur 41 sont renvoyé dans la conduite d'admission mais il pourrait être renvoyer vers le conduit d'échappement 5 au moins d'une vanne supplémentaire.
La conduite secondaire 18 est raccordée au conduit 9 20 entre le dispositif d'apport calorique 8 et la première vanne 12 de manière à conduire les gaz d'échappement, par exemple, vers l'échangeurrécupérateur 20 et/ou vers le catalyseur 119 du système catalytique.
La conduite secondaire 18 présente un piquage 50 sur 25 lequel est raccordé une canal 51. Ce dernier est donc connecté d'un coté sur la conduite secondaire 18 et de l'autre sur une valve 32 qui commande ainsi la circulation des gaz d'échappement du dispositif vers le conduit d'échappement 5 en amont de la turbine 29a du 30 turbocompresseur 29. La valve 32 est contrôlée électriquement par le module de commande 101. Ainsi, tout ou partie des gaz d'échappement du dispositif 8 peuvent être dirigé en amont de la turbine 29a.
Bien entendu, le nombre de vannes et la disposition des 35 échangeurs ne sont pas limitatifs. A titre d'exemple, il a été envisagé de disposer autant de vannes que d'échangeurs à faire traverser par les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8.
Alternativement, les échangeurs nécessitant un apport calorifique rapide au moyen des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique peuvent être installés tous en série ou en parallèle.
La description ci-après se propose d'expliquer le 5 fonctionnement du dispositif d'apport calorifique selon l'invention intégré à un groupe motopropulseur.
Dans la première variante de l'invention décrite à la figure 1, le dispositif d'apport calorifique 8 évacue ses propres gaz d'échappement dans le conduit 9 supportant le 10 refroidisseur de re-circulation de gaz d'échappement (EGRR).
Ce dernier se comporte alors comme un récupérateur des calories fabriquées par le dispositif 8 de manière à le retransmettre au liquide de refroidissement. Le circulateur 102 permet de faire circuler le liquide de refroidissement 15 pour transporter les calories accumulées vers un point désiré comme par exemple l'aérotherme du boîtier de chauffage et climatisation du véhicule de manière à réchauffer l'habitacle augmentant ainsi le niveau de confort dans le véhicule.
Ces calories peuvent aussi servir à réchauffer le bloc moteur, l'huile et les composants environnants réduisant le temps de montée en température, consécutivement la surconsommation et la pollution pendant les phases de démarrage. Il est bien entendu que ce circulateur 102, le 25 dispositif 8 et son ventilateur 105 peuvent être commandés électriquement de manière à offrir les calories avant que le véhicule ne soit mis en route. Une fois que l'apport calorifique désiré est suffisant, le dispositif 8 peut être arrêté. La vanne d'EGR 16 peut s'ouvrir à tous moments 30 (dispositif 8 en fonctionnement ou non) pour laisser recirculer les gaz d'échappement du moteur.
La valve de contrôle 33 créée une perte de charge dans la conduite d'alimentation 4 du moteur de manière à forcer l'entrée de l'air dans le dispositif d'apport calorifique 8 35 et l'alimenter au mieux.
Dans le cas décrit sur la figure 2, le flux de gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 peut être canalisé soit directement vers le comburant, soit vers différents autres échangeurs. La première vanne 12 autorise le passage de flux de gaz soit dans la conduite d'alimentation 4, soit dans le conduit 9 de re-circulation des gaz d'échappement du moteur 2 en fonction de l'apport calorifique nécessaire au démarrage du moteur et/ou d'un 5 apport calorifique qui pourrait être apporté au fluide traversant l'échangeur 14. A titre d'exemple pour la fonctionnalité aide au démarrage, un dispositif
d'apport calorifique d'une puissance de 6000 Watts évacue environ 9kg/h de gaz 10 d'échappement qui représente moins de 30% du comburant admis par un moteur d'une cylindrée de 2000 cm3 et moins de 10% pour un même moteur en condition de roulage. La température des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique étant de l'ordre de 300 C à 800 C, on réchauffe pratiquement 15 instantanément le comburant, les chambres et les préchambres de combustion du moteur permettant ainsi au combustible de s'enflammer sans autre apport calorifique tel que celui fournit par des bougies de préchauffage dans les systèmes de l'art antérieur. La température nécessaire à la 20 combustion du mélange comburantcombustible est de l'ordre de 320 C, ainsi le dispositif selon l'invention permet d'atteindre cette température très rapidement et facilite le démarrage moteur.
Dans l'exemple représenté à la figure 3, le groupe 25 motopropulseur est équipé d'un turbocompresseur et d'un refroidisseur d'air d'alimentation. Le dispositif d'apport calorifique 8 est ici intégré au refroidisseur d'air d'admission 30 et peut, par exemple, ne former qu'une seule pièce unitaire.
Dans le dispositif décrit à la figure 4, une partie des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 peuvent aussi être déviée dans le deuxième circuit 18 de manière à apporter des calories par exemple au refroidisseur de système catalytique 19 et/ou à un échangeur-récupérateur 35 de calories sur l'échappement 20. Ces deux échangeurs sont utilisés pour récupérer les calories dissipées par le dispositif 8. Dans le cas d'un échangeur-récupérateur 20, cet apport calorifique est restitué au liquide de refroidissement qui le traverse pour être envoyer dans l'habitacle de la même manière que l'échangeur d'EGRR 14.
En ce qui concerne le cas du refroidisseur 19, il faut noter que le catalyseur atteint son fonctionnement optimal de dépollution à une température comprise entre 200 C et 5 6000C. A la mise en fonctionnement du groupe motopropulseur, le refroidisseur 19 ralentit la montée en température du catalyseur, c'est pourquoi le dispositif d'apport calorifique 8 chauffe directement cet échangeur, accélère sa montée en température et augmente donc la rapidité de 10 dépollution du catalyseur. Ce réchauffage rapide se produit en interdisant la circulation du gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 vers le conduit 9 ou la conduite d'alimentation 4 au moyen de la première vanne 12 de manière à envoyer la totalité de ces gaz dans la branche 15 21 après avoir ouvert la valve 23. Une fois la température de fonctionnement du catalyseur atteinte, il faut alors laisser le refroidisseur 19 reprendre sa fonction de régulateur de température. On se sert alors de l'échangeurrécupérateur 20 pour transférer les calories fournies par le 20 dispositif 8 vers le liquide de refroidissement en ouvrant la valve 24.
Dans certains cas, la contre-pression exercée par les gaz re-circulant dans le conduit 9 gène le fonctionnement du dispositif 8. Ainsi, la présence de la conduite secondaire 25 18 rend possible l'utilisation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 quelque soit les conditions de fonctionnement du moteur.
Le fonctionnement de la figure 5 diffère de la figure précédente en ce qui concerne le circuitage du flux des gaz 30 d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8.
L'énergie thermique contenue dans ces gaz d'échappement est ici utilisée pour réchauffer le catalyseur 119. Pour ce faire, la valve 123 est ouverte alors que les autres valves sont fermées. Ceci est avantageux car les gaz du dispositif 35 8 chauffe directement le catalyseur de sorte que le retard à l'échauffement du l'inertie thermique du refroidisseur 19 est encore réduit. Bien entendu, la présence du ventilateur 105 permet de mettre en condition le catalyseur avant la mise en fonctionnement du moteur.
De même, en ouvrant la valve 124, on permet aux gaz chaud du dispositif d'apport calorifique 8 de créer une surchauffe importante permettant de nettoyer par brûlage le filtre à particules.
En cas de contre-pression dans le conduit 9 qui rend difficile l'utilisation de l'échangeur 14, les gaz chaud du dispositif 8 sont envoyés simultanément ou séparément dans le catalyseur 119 et dans le refroidisseur 19 de manière à favoriser la montée en température du système catalytique. 10 Une fois la température optimal atteinte, les valves 23 et 123 sont fermés et la valve 24 est ouverte de manière à chauffer l'échangeur-récupérateur 20.
Dans le cas d'un moteur diesel, le système catalytique disparaît au profit d'un filtre à particule 120.
Le fonctionnement de la variante décrite à la figure 6 diffère en ce que le flux de gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8 est utilisé pour chauffer les différentes huiles du groupe motopropulseur. Ce chauffage préalable ou accéléré de l'huile du moteur ou de la boîte de 20 vitesse permet de limiter les frottements dans les phases de démarrage du véhicule. La consommation en carburant s'en trouve ainsi diminuée.
La vanne additionnelle 42 dirige les gaz chaud du dispositif 8 en fonction des conditions de fonctionnement du 25 moteur, par exemple vers l'admission en conditions de roulage ou vers l'échappement au ralenti.
La figure 7 met en valeur l'utilisation du dispositif d'apport calorifique 8 dans un procédé Hyperbar. Ce procédé consiste à suralimenter la turbine 29a du turbocompresseur 30 29 au moyen des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique 8. Le débit de gaz d'échappement provenant du dispositif est régulé par une valve 32. Le dispositif d'apport calorifique 8 permet ici de réaliser un apport d'énergie supplémentaire à la turbine 29a pour obtenir un 35 rapport de pression de suralimentation plus élevé. La conséquence est une augmentation de la puissance du moteur.
La valve 32 peut être ouverte dans le cas des basrégimes/fortes-charges pour lesquels l'énergie disponible dans les gaz d'échappement du moteur 2 serait sinon trop faible pour atteindre une pression de suralimentation suffisante.
Cette figure illustre aussi la possibilité de réchauffer plusieurs échangeurs 14, 20, 30 et 41 séparément ou 5 simultanément grâce à une stratégie de commande des vannes et valves 12, 23, 45 et 47. Cette stratégie prend en compte différents paramètres tels que la phase de démarrage du moteur 2, la température du fluide de refroidissement, la demande de confort thermique provenant des occupants du 10 véhicule, la température extérieure, la température de l'huile moteur, la température de l'huile de boîte de vitesses, la température de l'huile de colonne de direction, la périodicité de nettoyage du filtre à particules, la température du catalyseur et finalement la puissance moteur 15 demandée. Certains de ces paramètres priment sur les autres, en premier lieu ceux qui agissent directement sur la combinaison confort/consommation/pollution. Cette gestion de priorité va se traduire par un ordre d'ouverture ou fermeture particulier des différentes vannes et valves.
Cette stratégie est mise en oeuvre par la mise en fonctionnement du dispositif d'apport calorifique 8, l'ouverture, la régulation ou la fermeture des vannes et valves 16, 33, 12, 23, 24, 123, 124, 42, 45 et 47, et la mise en fonctionnement éventuelle du ventilateur 105, le tout étant géré par le module de commande 101.
Bien entendu, le dispositif d'apport calorifique 8 selon l'invention n'est limité à un système à flamme mais peut être du type catalytique.

Claims (27)

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'apport calorifique (8) constitué par un ensemble d'éléments primaires (8a) et par un ensemble d'éléments secondaires, ledit dispositif étant monté dans 5 l'environnement d'un groupe motopropulseur (2) d'un véhicule automobile comprenant des composants tels que conduite d'admission d'air (4), pompe à carburant (100), module électronique (101), conduit d'échappement (5), circulateur de liquide de refroidissement (102) et au moins un échangeur 10 gaz-liquide (14, 30, 19, 20, 41), caractérisé en ce que les éléments secondaires sont dissociés du dispositif d'apport calorifique.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments secondaires est remplacé par 15 au moins un des composants du groupe motopropulseur (2).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments secondaires est intégré dans au moins un des composants du groupe motopropulseur (2).
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en 20 ce que l'élément secondaire est intégré dans ou remplacé par un composant du groupe motopropulseur (2) ayant une fonction similaire audit élément secondaire.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément secondaire et le composant sont combinés de 25 sorte à former un élément unitaire.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments secondaires sont du type pompe à carburant, module électronique, échangeur thermique, tube d'échappement, tube d'admission et 30 pompe de circulation du liquide de refroidissement.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments primaires (8a) sont un injecteur (8a2), un système de démarrage (8a3), au moins un capteur (8a4) et une chambre de combustion 35 (8al).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de combustion (8al) est en amont d'au moins un des échangeurs gaz-liquide (14, 30, 19, 20, 41) du groupe motopropulseur (2). 19'
9. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que la chambre de combustion (8al) est en communication avec le conduit d'échappement (5).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 5 9, caractérisé en ce que la chambre de combustion (8al) est en communication avec la conduite d'admission d'air (4) de sorte à former un circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8).
11. Dispositif selon la revendications 10, caractérisé en ce 10 que le circuit principal d'évacuation est contrôlé par une première vanne (12) du type trois voies.
12. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que le circuit principal d'évacuation comprend au moins un échangeur additionnel (41) du type gaz15 liquide.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'échangeur additionnel (41) est du type gaz-huile moteur ou du type gazhuile de boîte de vitesses ou du type gaz-liquide de refroidissement ou du type gaz-huile de 20 colonne de direction.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique est constitué par une partie d'un conduit (9) de 25 re-circulation de gaz d'échappement qui met en communication le conduit d'échappement (5) avec la conduite d'admission d'air (4) du groupe motopropulseur (2).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le circuit principal 30 d'évacuation des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique est constitué par un tube (40), une canalisation (43) et/ou un tuyau (44).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le circuit principal d'évacuation des gaz d'échappement 35 du dispositif d'apport calorifique (8) comporte une vanne additionnelle (42) apte à commander la circulation des gaz vers le tube (40) et/ou vers le tuyau (44).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur gaz-liquide du groupe motopropulseur est un refroidisseur d'air d'admission (30) ou un refroidisseur de recirculation de gaz d'échappement (EGRR) (14) ou un échangeur-récupérateur de calories sur l'échappement (20) ou un refroidisseur (19) de système catalytique.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le conduit d'échappement (5) comprend le refroidisseur (19) de système catalytique et/ou un filtre à particules (120) disposé(s) sur le trajet desdits gaz en amont desquels 10 est raccordé un deuxième circuit (18) de sorte à rejeter les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8).
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que le deuxième circuit (18) comporte une valve (23) destinée à commander la circulation des gaz d'échappement du 15 dispositif d'apport calorifique (8) au travers du refroidisseur (19) de système catalytique.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 ou 19, caractérisé en ce que le deuxième circuit (18) présente une valve (124) destinée à commander la circulation 20 des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8) au travers du filtre à particules (120).
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que le deuxième circuit (18) présente une valve (123) destinée à commander la circulation des gaz 25 d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8) au travers d'un catalyseur (119) de système catalytique.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que le deuxième circuit (18) présente une valve (24) destinée à commander la circulation 30 des gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8) au travers de l'échangeur- récupérateur (20) de calories sur l'échappement.
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (2) 35 comprend un turbocompresseur (29) fournissant un comburant compressé au groupe motopropulseur ainsi qu'au dispositif d'apport calorifique (8).
24. Dispositif selon la revendication 17 en combinaison avec la revendication 11, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (2) comprend une deuxième vanne trois voies (45) destinée à mettre en communication une sortie de la première vanne trois voies (12) avec la conduite d'alimentation (4) en amont du refroidisseur d'air d'admission (30) et/ou d'un tube (46).
25. Dispositif selon la revendication 24 en combinaison avec la revendication 13, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (2) comprend une troisième vanne trois voies (47) destinée à mettre en communication une sortie de la 10 deuxième vanne (45) avec la conduite d'alimentation (4) en aval du refroidisseur d'air d'admission (30) et/ou un circuit intermédiaire (39) dans lequel est installé l'un des échangeurs additionnels (41).
26. Dispositif selon la revendication 23 combinée à l'une 15 des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que le deuxième circuit (18) comporte un canal (51) contrôlé par une valve (32) de sorte à diriger les gaz d'échappement du dispositif d'apport calorifique (8) dans le conduit d'évacuation (5) des gaz d'échappement du moteur (2) en 20 amont du turbocompresseur (29) de manière à créer une suralimentation par procédé hyperbar.
27. Dispositif selon les revendications 11, 16, 19 à 22, 24 à 26, caractérisé en ce que les vannes et valves (12, 23, 24, 123, 124, 42, 45 et 47) sont commandées seules ou en 25 combinaison selon une stratégie imposée par des conditions de confort dans le véhicule et/ou des conditions de température au sein des échangeurs gaz-liquide (14, 30, 19, 20, 41).
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