FR2921123A1 - Circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulses par un turbocompresseur - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur (1) dans le circuit d'alimentation d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit circuit de refroidissement étant constitué par un échangeur thermique principal (2) pour le refroidissement des gaz d'alimentation monté entre la sortie (3) du turbocompresseur (1) alimentant le collecteur d'admission du moteur en gaz d'alimentation et ledit collecteur d'admission du moteur.Circuit caractérisé en ce qu'il comporte un moyen complémentaire (4) de refroidissement desdits gaz d'alimentation.
Description
La présente invention concerne le domaine des pièces et équipements de véhicules à moteur, plus particulièrement les systèmes périphériques ou accessoires des moteurs à combustion interne de tels véhicules, et a pour objet un circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur de suralimentation. Actuellement, l'espace disponible sous le capot moteur des véhicules est de plus en plus restreint, en particulier autour du bloc-moteur, et pousse à favoriser d'une part, la réduction de taille de certains éléments ou modules, et, d'autre part, l'intégration des fonctions à réaliser en vue de réduire l'encombrement, tout en conservant le maintien de leur qualité et de leur pérennité d'exécution, dont dépend la fiabilité de fonctionnement du véhicule. Il existe une demande forte relative à l'augmentation de la puissance d'un moteur, notamment au niveau de la sortie du circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par le turbocompresseur. Cette amélioration de la puissance nécessite d'augmenter le volume de gaz ou d'air frais admis dans le moteur. Or, cela implique une augmentation de la taille de l'échangeur de chaleur du circuit de refroidissement en question, alors que l'espace disponible sous le capot n'autorise pas cette dernière.
En outre, il existe également un besoin de disposer d'un moyen permettant de réduire le bruit issu du fonctionnement du turbocompresseur. Enfin, il est également avantageux, pour des motifs économiques, de pouvoir utiliser, pour la fabrication de certains des éléments constitutifs du circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par le turbocompresseur, des matériaux en matière synthétique, voire des matériaux peu coûteux. La présente invention a pour but de répondre aux attentes exprimées ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet un circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur dans le circuit d'alimentation d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit circuit de refroidissement étant constitué par un échangeur de chaleur principal pour le refroidissement des gaz d'alimentation monté entre la sortie du turbocompresseur alimentant le collecteur d'admission du moteur en gaz d'alimentation et ledit collecteur d'admission du moteur, -2- caractérisé en ce qu'il comporte un moyen complémentaire de refroidissement desdits gaz d'alimentation. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte aux deux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique du circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur, selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique du circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur, selon un second mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe selon le plan médian d'un second échangeur de chaleur intégré dans le circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur selon l'invention ; la figure 4 est une vue en perspective d'une partie du circuit selon l'invention, dans lequel un moyen d'atténuation acoustique est intégré en amont du second échangeur de chaleur représenté à la figure 3 ; les figures 5A et 5B sont des vues en élévation latérale et en coupe selon le plan médian d'un module structurel de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation acoustique selon l'invention, réalisé à partir de l'assemblage de deux sous-modules, la figure 6 est une vue en perspective d'une partie du circuit selon l'invention, dans lequel est intégré le module structurel représenté aux 25 figures 5A et 5B, et les figures 7A et 7B sont des vues similaires à celles des figures 5A et 5B représentant un module structurel de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation acoustique selon l'invention, dans lequel la cuve du second échangeur de chaleur réalise une partie de la paroi 30 extérieure du moyen d'atténuation acoustique. Comme représenté dans les figures annexées, le circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur 1 dans le circuit d'alimentation d'un moteur thermique d'un véhicule automobile selon l'invention, est constitué par un échangeur de chaleur ou 35 échangeur thermique principal 2 pour le refroidissement des gaz d'alimentation monté entre la sortie 3 du turbocompresseur 1 alimentant le -3- collecteur d'admission du moteur en gaz d'alimentation et ledit collecteur d'admission du moteur. Il est caractérisé en ce qu'il comporte un moyen complémentaire 4 de refroidissement desdits gaz d'alimentation.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 1, le moyen complémentaire 4 de refroidissement peut être un second échangeur de chaleur disposé entre la sortie 3 du turbocompresseur 1 alimentant le collecteur d'admission et l'échangeur de chaleur principal 2. Selon un second mode de réalisation, représenté à la figure 2, le moyen complémentaire 4 de refroidissement peut être un second échangeur de chaleur disposé en aval de l'échangeur de chaleur principal 2, c'est-à-dire entre la sortie de ce dernier et l'entrée du collecteur d'admission du moteur. L'échangeur de chaleur principal 2, connu généralement sous la désignation de refroidisseur d'air suralimenté (en anglais : intercooler), permet de refroidir les gaz avant leur injection dans le moteur. Grâce au premier mode de réalisation, les gaz d'alimentation sont pré-refroidis dans le moyen complémentaire 4 de refroidissement avant leur traitement dans l'échangeur de chaleur principal 2, ce qui permet d'obtenir des gaz présentant une densité plus faible, et donc d'obtenir plus de gaz pour un volume donné, sans nécessiter une surdimensionnement de l'échangeur de chaleur principal 2. Dans le second mode de réalisation, le moyen complémentaire 4 de refroidissement effectue un refroidissement complémentaire des gaz sortant de l'échangeur de chaleur principal 2, ce qui permet également d'obtenir les effets cités plus haut. En outre, l'intégration dans le circuit d'un moyen complémentaire 4 de refroidissement permet d'implanter dans le circuit, en aval de ce moyen complémentaire 4, des éléments ou modules réalisés en des matériaux résistant à des températures moins élevées que les matériaux actuellement utilisés, étant donné que les gaz sortant du moyen complémentaire 4 de refroidissement sont pré-refroidis ou post-refroidis. Cela est particulièrement avantageux dans la configuration dans laquelle le moyen complémentaire 4 de refroidissement est situé entre la sortie 3 du turbocompresseur et l'échangeur de chaleur principal 2. Il peut ainsi être envisagé de réaliser en caoutchouc les tuyaux assurant la circulation entre les différents éléments ou modules. -4- Le moyen complémentaire 4 de refroidissement peut être intégré facilement dans le circuit selon l'invention, sans nécessiter de modification particulière de ce dernier. De plus, compte tenu du fait qu'il a pour objet de réaliser un premier refroidissement ou refroidissement complémentaire des gaz d'alimentation, il peut de préférence être fabriqué de manière à présenter des dimensions réduites au minimum, tenant compte de la place disponible. De manière avantageuse, afin de diminuer le niveau sonore du circuit, ce dernier peut également comporter un moyen d'atténuation acoustique 5 intégré en amont ou en aval du second échangeur de chaleur 4. Le premier mode de réalisation de l'invention relatif au moyen d'atténuation acoustique 5 consiste en ce que le moyen d'atténuation acoustique 5 est une pièce spécifique intégrée dans le circuit.
Ce moyen d'atténuation acoustique 5 peut être intégré en amont ou en aval du second échangeur de chaleur 4. Ainsi, et comme représenté à la figure 4 dans laquelle le second échangeur de chaleur 4 est disposé entre la sortie 3 du turbocompresseur et l'échangeur de chaleur principal 2, ce moyen d'atténuation acoustique 5 peut être intégré entre la sortie 3 du turbocompresseur 1 alimentant le collecteur d'admission du moteur en gaz d'alimentation et l'entrée du second échangeur de chaleur 4. S'il avait été placé en aval du second échangeur de chaleur 4, ledit moyen d'atténuation acoustique 5 aurait été intégré entre la sortie 3 du second échangeur de chaleur 4 et l'entrée de l'échangeur de chaleur principal 2. Selon l'invention, et de préférence, le second échangeur de chaleur 4 peut être du type air/liquide. A cet effet, et comme représenté sur les figures 3 et 4, et plus particulièrement sur la figure 3, le second échangeur de chaleur 4 peut se présenter sous la forme d'un corps creux cylindrique formant cuve comportant, sur sa paroi, une ouverture d'entrée 10 de fluide de refroidissement et une ouverture de sortie 11 de fluide de refroidissement, et dans lequel est monté un conduit cylindrique 7 comportant un faisceau de tubes 12 de circulation des gaz d'alimentation. L'étanchéité peut être réalisée par des joints toriques 13.
L'ouverture d'entrée 10 peut être sous la forme d'une tubulure à laquelle peut être raccordé un conduit d'alimentation en liquide de refroidissement. De la même manière, l'ouverture de sortie 11 peut se -5-présenter sous la forme d'une tubulure à laquelle peut être raccordé un conduit d'évacuation du liquide de refroidissement ayant traversé la cuve. L'invention prévoit d'utiliser un moyen d'atténuation acoustique 5 tel qu'un résonateur concentrique. A cet effet, un résonateur de Helmoltz pourrait être employé. Bien entendu, d'autres types de moyens d'atténuation acoustique peuvent être envisagés. Comme représenté dans les figures 5A, 5B, 6, 7A et 7B, et selon le second mode de réalisation de l'invention relatif au moyen d'atténuation acoustique 5, le second échangeur de chaleur 4 et le moyen d'atténuation acoustique 5 peuvent former un module structurel 6 de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation acoustique. Une optimisation du volume utilisé sous le capot est donc obtenue grâce à la réunion, dans un seul et même module structurel 6, des deux fonctions relatives au pré-refroidissement ou post-refroidissement des gaz d'alimentation et à l'atténuation acoustique. Bien entendu, dans ce second mode de réalisation, la fonction d'atténuation acoustique peut être intégrée de manière indifférente dans le module structurel 6, soit en aval de la fonction de refroidissement des gaz d'alimentation (comme cela est représenté dans les figures 7A et 7B), soit en amont de la fonction de pré-refroidissement des gaz d'alimentation (comme cela est représenté dans les figures 5A, 5B et 6). Selon une première variante de ce second mode de réalisation, représentée plus particulièrement à la figure 7B, la cuve du second échangeur de chaleur 4 peut être d'un seul tenant et réaliser au moins une partie de la paroi extérieure du moyen d'atténuation acoustique 5. Selon une seconde variante non représentée, la cuve du second échangeur de chaleur 4 peut être réalisée d'un seul tenant et renfermer deux compartiments, le premier compartiment constituant le corps creux dans lequel est monté le conduit cylindrique 7 comportant un faisceau de tubes 12 de circulation des gaz d'alimentation et le second compartiment constituant le moyen d'atténuation acoustique 5. Enfin, selon une troisième variante de réalisation représentée plus particulièrement à la figure 5B, le second échangeur de chaleur 4 et le moyen d'atténuation acoustique 5 peuvent être réalisés sous la forme de deux sous-ensembles 8 et 9 assemblés l'un à l'autre pour former un module structurel 6 de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation -6- acoustique. L'assemblage des deux sous-ensembles 8 et 9 peut être réalisé par soudure par vibrations, par exemple. Grâce à l'invention, il est donc possible d'augmenter facilement la puissance d'un moteur thermique associé à un turbocompresseur de suralimentation en intervenant sur le circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par le turbocompresseur dans le circuit d'alimentation du moteur. A cet effet, il suffit d'intégrer un second échangeur de chaleur 5 qui, en réalisant un pré-refroidissement ou post-refroidissement des gaz d'alimentation, permet d'injecter plus de gaz frais dans le moteur, et donc d'augmenter la puissance de ce dernier. L'intégration d'un second échangeur de chaleur 5 permet, en outre, de réduire les tolérances en termes de températures auxquelles doivent répondre les composants situés en aval de ce dernier, ce qui entraîne une diminution du coût de fabrication des composants concernés.
En outre, l'intégration d'un atténuateur acoustique 5 séparé ou formant un module fonctionnel 6 avec le second échangeur de chaleur 5 permet de réduire le bruit issu du fonctionnement du turbocompresseur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (11)
1. Circuit de refroidissement des gaz d'alimentation propulsés par un turbocompresseur (1) dans le circuit d'alimentation d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, ledit circuit de refroidissement étant constitué par un échangeur de chaleur principal (2) pour le refroidissement des gaz d'alimentation monté entre la sortie (3) du turbocompresseur (1) alimentant le collecteur d'admission du moteur en gaz d'alimentation et ledit collecteur d'admission du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen complémentaire (4) de refroidissement desdits gaz d'alimentation.
2. Circuit, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen complémentaire (4) de refroidissement est un second échangeur de chaleur disposé entre la sortie (3) du turbocompresseur (1) alimentant le collecteur d'admission et l'échangeur de chaleur principal (2).
3. Circuit, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen complémentaire (4) de refroidissement est un second échangeur de chaleur disposé en aval de l'échangeur de chaleur principal (2).
4. Circuit, selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'atténuation acoustique (5) intégré en amont ou en aval du second échangeur de chaleur (4).
5. Circuit, selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (4) est du type air/liquide.
6. Circuit, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (4) se présente sous la forme d'un corps creux cylindrique formant cuve comportant, sur sa paroi, une ouverture d'entrée (10) de fluide de refroidissement et une ouverture de sortie (11) de fluide de refroidissement, et dans lequel est monté un conduit cylindrique (7) comportant un faisceau de tubes (12) de circulation des gaz d'alimentation.
7. Circuit, selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation acoustique (5) est un résonateur concentrique.
8. Circuit, selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (4) et le moyen d'atténuation acoustique (5) forment un module structurel (6) de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation acoustique.-8-
9. Circuit, selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que la cuve du second échangeur de chaleur (4) est d'un seul tenant et réalise au moins une partie de la paroi extérieure du moyen d'atténuation acoustique (5).
10. Circuit, selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cuve du second échangeur de chaleur (4) est réalisée d'un seul tenant et renferme deux compartiments, le premier compartiment constituant le corps creux dans lequel est monté le conduit cylindrique (7) comportant un faisceau de tubes (12) de circulation des gaz d'alimentation et le second compartiment constituant le moyen d'atténuation acoustique (5).
11. Circuit, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (4) et le moyen d'atténuation acoustique (5) sont réalisés sous la forme de deux sous-ensembles (8 et 9) assemblés l'un à l'autre pour former un module structurel (6) de refroidissement des gaz d'alimentation et d'atténuation acoustique.
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