FR2895452A1 - Moteur suralimente adapte a ameliorer le refroidissement de l'air admis dans le moteur et vehicule automobile comprenant un tel moteur - Google Patents

Moteur suralimente adapte a ameliorer le refroidissement de l'air admis dans le moteur et vehicule automobile comprenant un tel moteur Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un moteur à combustion interne comprenant un circuit d'admission (3) d'air frais (41, 42, 43) dans le moteur qui comprend, dans le sens de circulation de l'air frais, un compresseur d'air (10) et un échangeur de chaleur (20).Selon l'invention, le moteur comporte des moyens de ventilation commandés (21) de l'échangeur de chaleur.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention
concerne de manière générale les moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant un circuit d'admission d'air frais dans le moteur qui comprend, dans le sens de circulation de l'air frais, un compresseur d'air et un échangeur de chaleur. L'invention concerne également les véhicules automobiles comprenant un tel moteur.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Lorsque les moteurs suralimentés fonctionnent à pleine charge et en particulier à bas régime, leur compresseur peut être soumis à un phénomène de pompage. Le phénomène de pompage du compresseur se traduit par un décollement de l'écoulement de l'air le long des pales du compresseur. L'écoulement ralentit alors jusqu'à son inversion de sens puis, quand les conditions thermodynamiques de fonctionnement du compresseur sont rétablies, l'écoulement de l'air reprend son sens initial, et ce, de manière répétée. Le phénomène de pompage du compresseur provoque ainsi un fonctionnement instable du compresseur et donc du moteur. La limite de pompage du compresseur peut être représentée par une courbe donnant le rapport de compression maximal du compresseur en fonction du débit d'air à la sortie du compresseur. Cette courbe délimite une zone de fonctionnement du moteur dans laquelle, au-delà d'un certain rapport de compression et en dessous d'un certain débit d'air en sortie du compresseur, le phénomène de pompage du compresseur apparaît. Il est connu d'éviter le phénomène de pompage en réduisant le rapport de compression du compresseur, mais cela pénalise fortement les performances du moteur.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est d'éviter le phénomène de pompage du compresseur sans réduire les performances du moteur. À cet effet, on propose selon l'invention un moteur à combustion interne comprenant un circuit d'admission d'air frais dans le moteur qui comprend, dans le sens de circulation de l'air frais, un compresseur d'air et un échangeur de chaleur, qui comporte des moyens de ventilation commandés de l'échangeur de chaleur. Les moyens de ventilation commandés permettent d'augmenter la capacité de refroidissement de l'échangeur de chaleur. Ainsi, l'air en sortie du compresseur est mieux refroidi lors de son passage dans l'échangeur de chaleur, sa masse volumique augmente et donc son débit augmente. Grâce aux moyens de ventilation commandés selon l'invention, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions proches de la limite de pompage du compresseur, il est possible de s'éloigner de cette limite de pompage en activant les moyens de ventilation commandé. On évite ainsi le phénomène de pompage pour un rapport de compression donné du compresseur en augmentant le débit d'air à la sortie du compresseur. Le débit d'air étant augmenté à la sortie du compresseur, les performances du moteur sont ainsi également augmentées. Selon une première caractéristique avantageuse du moteur selon l'invention, le moteur comprenant un circuit de refroidissement équipé d'un dispositif de ventilation commandé, les moyens de ventilation commandés de l'échangeur de chaleur comprennent le dispositif de ventilation commandé du circuit de refroidissement du moteur. L'utilisation du dispositif de ventilation commandé du circuit de refroidissement permet d'utiliser des moyens de ventilation déjà existants et de ne pas rajouter de pièces qui augmenteraient les coûts de fabrication du moteur et son encombrement. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du moteur selon l'invention sont les suivantes : les moyens de ventilation commandés sont dédiés exclusivement au refroidissement de l'échangeur de chaleur ; - les moyens de ventilation commandés comprennent un ventilateur ; - les moyens de ventilation commandés sont activés et/ou pilotés par un calculateur en fonction d'au moins un paramètre représentatif du point de fonctionnement du compresseur ; le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le point de fonctionnement du compresseur se trouve au dessus de la limite de pompage du compresseur ; le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne en pleine charge ; - le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne en bas régime transitoire ; - le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne en bas régime stabilisé ; le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne en haut régime ; le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne avec un rapport de vitesses de première ou de deuxième. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur tel que décrit ci-dessus.
Selon une caractéristique avantageuse du véhicule selon l'invention, les moyens de ventilation commandés sont agencés entre la calandre du véhicule automobile et l'échangeur de chaleur. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique d'une partie du moteur à combustion interne seconde invention ; la figure 2 est un diagramme représentant la caractéristique de pompage d'un compresseur en fonction du débit d'air en sortie du compresseur. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un moteur à combustion interne suralimenté de véhicule automobile. Ce moteur comprend des cylindres 5 alimentés en air frais 43 par un circuit d'admission d'air frais. Les gaz 30 d'échappement issus de la combustion dans les cylindres 5 sont évacués par un circuit d'échappement 6. Le circuit d'admission 3 d'air comporte une conduite d'air prélevant l'air frais 41 dans l'atmosphère, puis, dans le sens de l'écoulement de l'air, un compresseur 10, relié en sortie par une canalisation à un échangeur de chaleur, ici appelé refroidisseur d'air de suralimentation 20. Le refroidisseur d'air de suralimentation est relié à l'entrée d'un répartiteur d'admission 32 qui alimente en air frais 43 chaque cylindre 5. On peut également prévoir que le moteur soit suralimenté par un turbocompresseur.
L'air comprimé 42 en sortie du compresseur 10 a été réchauffé lors de sa compression. Le refroidisseur d'air de suralimentation 20 permet de faire redescendre sa température avant son introduction dans les cylindres 5 pour optimiser les performances du moteur lors de la combustion du mélange de cet air frais admis avec le carburant.
Le refroidisseur d'air de suralimentation 20 (ou l'échangeur de chaleur) comprend essentiellement un faisceau constitué de plusieurs tubes que traverse l'air en sortie du compresseur. La surface extérieure de ces tubes constitue l'enveloppe extérieure du refroidisseur d'air de suralimentation 20. Lorsque le véhicule roule, l'air de l'atmosphère passe à travers la calandre du véhicule et s'écoule le long de la surface extérieure des tubes, c'est-à-dire de l'enveloppe du refroidisseur d'air de suralimentation 20 et participe ainsi par convection forcée au refroidissement de l'air de sortie de compresseur 10 circulant dans les tubes du refroidisseur d'air de suralimentation 20. Des ailettes peuvent aussi êtres disposées entre chaque tube pour augmenter la surface d'échange de chaleur du refroidisseur d'air de suralimentation 20. Le moteur comprend également un circuit de refroidissement (non représenté) équipé d'un dispositif de ventilation commandé (non représenté), appelée également groupe moto-ventilateur qui permet de refroidir un radiateur (non représenté) dans lequel circule le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement. Ce radiateur de refroidissement du moteur est différent du refroidisseur d'air de suralimentation 20. Le moteur comporte enfin des moyens de ventilation commandés 21 du refroidisseur d'air de suralimentation 20 permettant d'améliorer le refroidissement dudit refroidisseur d'air de suralimentation et donc de l'air, issu de la sortie du compresseur, qui le traverse. Les moyens de ventilation commandés 21 tournent à une vitesse réglable, faisant ainsi varier le débit d'air autour de l'enveloppe extérieure du refroidisseur d'air de suralimentation 20. Ces moyens de ventilation commandés 21 sont ici constitués d'un ventilateur 21 qui est dédié exclusivement au refroidissement du refroidisseur d'air de suralimentation 20 et qui est donc distinct du dispositif de ventilation du refroidisseur d'air de suralimentation. Préférentiellement, le ventilateur 21 est agencé entre la calandre (non représentée) du véhicule automobile et le refroidisseur d'air de suralimentation 20. Le refroidisseur d'air de suralimentation 20 est alors positionné devant le radiateur du circuit de refroidissement entièrement en regard de celui-ci ou partiellement décalé vers le bas. La courbe caractéristique Cl de pompage du compresseur 10 qui traduit sa limite de pompage en fonction de son rapport de compression et de son débit d'air "réduit " est représentée sur la figure 2.
Les moyens de ventilation commandés 21 sont activés et/ou pilotés par un calculateur en fonction d'au moins un paramètre représentatif du point de fonctionnement du compresseur 10. En particulier, le calculateur est programmé pour activer les moyens de ventilation commandés 21 lorsque le point de fonctionnement du compresseur 10 atteint ou se trouve au dessus de la limite de pompage Cl du compresseur 10. La puissance de la ventilation, c'est-à-dire ici la vitesse de rotation des pales du ventilateur peut être commandée par le calculateur. Le calculateur peut être programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés 21 lorsque le moteur fonctionne en pleine charge. En particulier, on peut programmer le calculateur pour qu'il active les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne à pleine charge en bas régime transitoire. Ce cas de fonctionnement se rencontre par exemple après un arrêt sur une voie à grande vitesse, typiquement à la sortie d'un péage ou d'une station service, lorsque le conducteur enfonce la pédale d'accélérateur au maximum, faisant fonctionner ainsi le moteur à pleine charge, alors que le moteur tourne initialement entre 1000 et 2000 tours par minute, c'est-à-dire à bas régime. De même, il est intéressant de programmer le calculateur pour qu'il active les moyens de ventilation commandés lorsque le moteur fonctionne à pleine charge en bas régime stabilisé. Ce cas de fonctionnement se rencontre par exemple en montagne lorsque le véhicule monte une forte pente. Le conducteur enfonce la pédale d'accélérateur au maximum et, compte tenu de la pente, le moteur tourne de manière stable ou légèrement progressive entre 1000 et 2000 tours par minute.
Dans ces deux cas, le point de fonctionnement du moteur serait situé, sans utilisation des moyens de ventilation commandés, à proximité de la limite de pompage du compresseur vers les faibles débits d'air en sortie du compresseur. Avec les moyens de ventilation commandés, l'air en sortie du compresseur est refroidi et donc son débit en sortie est augmenté ce qui permet d'éloigner le point de fonctionnement du moteur de la limite de pompage du compresseur. Enfin, il est intéressant de programmer le calculateur pour qu'il active et/ou pilote les moyens de ventilation commandés 21 lorsque le moteur fonctionne en pleine charge avec un faible rapport de vitesses, par exemple un rapport de première ou de deuxième. En effet pour un faible rapport de vitesses, le véhicule roule à une faible vitesse et donc le débit d'air de l'atmosphère qui circule autour du refroidisseur d'air de suralimentation ne suffit à le refroidir suffisamment. Ainsi, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions proches de la limite de pompage du compresseur 10, telles que précitées, les moyens de ventilation commandés sont activés pour s'éloigner de cette limite de pompage. En effet, avec l'activation des moyens de ventilation commandés, l'augmentation du refroidissement de l'air traversant le refroidisseur d'air de suralimentation 20 permet d'augmenter le débit d'air admis dans le moteur et donc d'augmenter le débit d'air en sortie du compresseur.
Comme représenté sur la figure 2, pour un rapport de compression et un débit d'air en sortie initialement donné du compresseur (point de fonctionnement initial CD1 du compresseur sur la figure 2), l'activation des moyens de ventilation commandés permet d'obtenir un point de fonctionnement CD2 du compresseur 10, avec un débit d'air en sortie augmenté, qui se situe alors en dehors de la zone de pompage du compresseur. Au surplus, le débit d'air étant augmenté à la sortie du compresseur, les performances du moteur sont également augmentées. Le calculateur peut aussi être avantageusement programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés 21 lorsque le moteur fonctionne en pleine charge à haut régime (c'est-à-dire au delà de 3500 tours par minute). Il est alors possible d'augmenter le débit le débit d'air admis dans le moteur et donc la quantité de carburant brûlée dans les cylindres ce qui permet d'augmenter la puissance développée par le moteur. Selon une variante de réalisation, les moyens de ventilation commandés 21 du refroidisseur d'air de suralimentation 20 peuvent être constitués non pas par un ventilateur supplémentaire comme dans le mode de réalisation décrit précédemment (figure 1), mais par le groupe moto-ventilateur du circuit de refroidissement du moteur. Le groupe moto-ventilateur peut alors être agencé de telle sorte que, lorsqu'il est activé, il optimise le refroidissement du refroidisseur d'air de suralimentation et du radiateur du circuit de refroidissement. Par exemple le groupe moto-ventilateur peut être positionné devant le refroidisseur d'air de suralimentation 20, le radiateur étant alors positionné juste derrière le refroidisseur d'air de suralimentation pour bénéficier du flux d'air généré par le groupe moto-ventilateur.
Selon cette variante de réalisation, le groupe moto-ventilateur est alors activé non seulement lorsque la température du liquide de refroidissement dépasse une certaine valeur, mais encore, dans des cas de fonctionnement du moteur, tels que cités ci-dessus, où le refroidisseur d'air de suralimentation doit être refroidi de manière plus importante.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Le moteur à combustion interne peut aussi bien être un moteur à essence qu'un moteur diesel.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant un circuit d'admission (3) d'air frais (41, 42, 43) dans le moteur qui comprend, dans le sens de circulation de l'air frais, un compresseur d'air (10) et un échangeur de chaleur (20), caractérisé en ce que le moteur comporte des moyens de ventilation commandés (21) de l'échangeur de chaleur (20).
2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de ventilation commandés (21) sont dédiés exclusivement au refroidissement de l'échangeur de chaleur.
3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le moteur comprenant un circuit de refroidissement équipé d'un dispositif de ventilation commandé, les moyens de ventilation commandés (21) de l'échangeur de chaleur (20) comprennent le dispositif de ventilation commandé du circuit de refroidissement du moteur.
4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de ventilation commandés (21) sont activés et/ou pilotés par un calculateur en fonction d'au moins un paramètre représentatif du point de fonctionnement du compresseur (10).
5. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le point de fonctionnement du compresseur (10) se trouve au dessus de la limite de pompage (Cl) du compresseur (10).
6. Moteur selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le moteur fonctionne en pleine charge.
7. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le moteur fonctionne en bas régime transitoire.
8. Moteur selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le moteur fonctionne en bas régime stabilisé.
9. Moteur selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le moteur fonctionne en haut régime.
10. Moteur selon l'une des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur est programmé pour activer et/ou piloter les moyens de ventilation commandés (21) lorsque le moteur fonctionne avec un rapport de vitesses de première ou de deuxième.
11. Véhicule automobile comprenant un moteur équipé de moyens de ventilation commandés (21) selon l'une des revendications précédentes.
12. Véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de ventilation commandés (21) sont agencés entre la calandre du véhicule automobile et l'échangeur de chaleur (20).
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