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Dispositif et procédé pour prévenir la formation de gel dans un échangeur thermique d'air de suralimentation d'un moteur thermique. [0001 La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour empêcher la formation de gel dans un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation d'un moteur thermique, ou pour éventuellement dégeler une partie dudit échangeur. [0002 Afin d'augmenter la puissance d'un moteur thermique à essence ou Diesel, il est courant de suralimenter les cylindres, c'est-à-dire de comprimer l'air d'alimentation du moteur à l'aide d'un turbocompresseur. Cependant, la compression de l'air provoque une élévation de sa température et une modification de sa densité. II est donc avantageux de refroidir l'air comprimé en sortie du turbocompresseur (air dit de suralimentation), avant son injection dans les cylindres, afin d'obtenir une densité optimale de l'air et donc un meilleur rendement du moteur. Le refroidissement de l'air de suralimentation est effectué habituellement à l'aide d'un échangeur thermique, habituellement de type air/air, implanté dans la face avant du véhicule. [0003] Cependant l'échangeur thermique peut parfois ne plus fonctionner, notamment par grand froid. En effet, de la matière susceptible de geler û notamment bien sûr de l'eau sous forme de vapeur- peut être présente dans l'échangeur, et par suite de condensations successives s'accumuler au fond de l'échangeur. Par grand froid, cette matière peut geler, formant un ou plusieurs glaçons obstruant partiellement ou complètement le passage de l'air de suralimentation dans l'échangeur. II existe donc un risque de pannes du véhicule se traduisant par une diminution du couple moteur et des difficultés de démarrage du moteur, les pannes pouvant même aller jusqu'à l'immobilisation du véhicule. 2 Apparatus and method for preventing gel formation in a charge air heat exchanger of a heat engine. The present invention relates to a device and a method for preventing the formation of gel in a heat exchanger for cooling the supercharging air of a heat engine, or for possibly thawing a part of said exchanger. In order to increase the power of a gasoline or diesel engine, it is common to supercharge the cylinders, that is to say to compress the engine supply air using a turbocharger. However, the compression of the air causes an increase in its temperature and a change in its density. It is therefore advantageous to cool the compressed air at the outlet of the turbocharger (so-called supercharging air), before its injection into the cylinders, in order to obtain an optimal density of the air and thus a better efficiency of the engine. Cooling of the charge air is usually carried out using a heat exchanger, usually air / air type, located in the front of the vehicle. However, the heat exchanger may sometimes not work, especially in very cold weather. Indeed, the material liable to freeze - especially of course water in the form of steam - may be present in the exchanger, and as a result of successive condensations accumulate at the bottom of the exchanger. In very cold weather, this material may freeze, forming one or more ice cubes partially or completely obstructing the passage of the charge air into the exchanger. There is therefore a risk of breakdowns of the vehicle resulting in a decrease in engine torque and difficulties starting the engine, failures can even go to the immobilization of the vehicle. 2
[0004] La présente invention propose une solution permettant d'éviter la formation de glaçon(s) ou éventuellement pour fondre le ou les glaçons s'étant formés. [0005] Le brevet US 5,575,329 concerne le fonctionnement des moteurs thermiques munis d'échangeurs thermiques dans le but de refroidir des fluides visqueux , de l'huile par exemple. Lorsque le moteur est froid, ces fluides sont très visqueux et ont tendance à obstruer les passages à l'intérieur de l'échangeur thermique. Cependant ce brevet ne traite pas du problème de l'apparition de gel à l'intérieur d'un échangeur thermique d'air de suralimentation. [0006] De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif pour prévenir la formation de gel dans au moins une partie d'un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation, ladite partie de l'échangeur thermique ù pouvant être constituée par la boite de sortie de l'échangeur thermique ù pouvant éventuellement contenir une matière susceptible de geler. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens pour dériver une fraction de l'air de suralimentation et pour circuler l'air de suralimentation ainsi dérivé dans ladite partie de l'échangeur thermique afin de réchauffer ladite partie. [0007] Lesdits moyens peuvent avantageusement comporter un conduit de dérivation d'air de suralimentation connecté entre deux endroits de l'échangeur : un premier endroit proche de l'entrée de l'échangeur et un second endroit proche de sa sortie. Par ailleurs, ces moyens peuvent comporter une vanne de contrôle permettant d'ajuster la fraction d'air de suralimentation qui est dérivée pour être circulée dans ladite partie de l'échangeur thermique. Cette vanne de contrôle peut être placée dans le conduit de dérivation, à proximité de l'entrée de l'échangeur thermique. [000s] Le dispositif selon l'invention s'applique tout particulièrement à des échangeurs thermiques de type air/air. 3 The present invention provides a solution to prevent the formation of ice cube (s) or possibly to melt the ice or having formed. US Patent 5,575,329 relates to the operation of heat engines equipped with heat exchangers for the purpose of cooling viscous fluids, such as oil. When the engine is cold, these fluids are very viscous and tend to clog the passages inside the heat exchanger. However, this patent does not deal with the problem of the appearance of gel inside a charge air heat exchanger. More specifically, the present invention relates to a device for preventing the formation of gel in at least a portion of a heat exchanger for cooling charge air, said part of the heat exchanger ù can be constituted by the output box of the heat exchanger ù possibly containing a material capable of freezing. According to the invention, the device comprises means for deriving a fraction of the supercharging air and for circulating the supercharging air thus derived in said part of the heat exchanger in order to heat said part. Said means may advantageously comprise a supercharging air bypass duct connected between two locations of the exchanger: a first location near the inlet of the exchanger and a second location near its exit. Furthermore, these means may comprise a control valve for adjusting the supercharging air fraction which is derived to be circulated in said portion of the heat exchanger. This control valve can be placed in the bypass duct near the inlet of the heat exchanger. The device according to the invention is particularly applicable to heat exchangers of the air / air type. 3
[0009] L'invention concerne également un procédé pour empêcher la formation de gel de matière pouvant éventuellement être contenue dans une partie d'un échangeur thermique destiné à refroidir de l'air de suralimentation d'un moteur thermique, ou pour éventuellement dégeler ladite matière. Selon l'invention, une fraction de l'air de suralimentation est dérivée à proximité de l'entrée de l'échangeur thermique, et la fraction d'air dérivée est circulée dans ladite partie de l'échangeur thermique afin d'être mise en contact avec ladite matière. [0010] De préférence, la fraction d'air dérivée est ajustée en fonction des 10 conditions atmosphériques et/ou de la température de l'air de suralimentation. [0011] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur 15 lesquels : • la figure 1 est une vue en 3D d'un système de suralimentation en air avec un échangeur thermique muni du dispositif de l'invention, et • les figures 2 illustrent en coupe un échangeur thermique muni du dispositif de l'invention. 20 [0012] Sur la figure 1, le système de suralimentation en air d'un moteur thermique, de type à carburant essence ou Diesel, comporte un système 10 de collecteurs d'admission d'air munie d'une entrée 11 pour des gaz d'échappement recirculés (connus sous la dénomination anglaise gaz EGR pour Exhaust Gaz Recirculation ; selon ce système une partie des 25 gaz d'échappement est recyclée vers le collecteur d'admission), un turbocompresseur 12 muni d'un filtre 13 et un échangeur thermique 14, généralement un échangeur air/air, lequel comporte une entrée 15 communiquant avec une boite d'entrée 16 et une sortie 17 communiquant avec une boite de sortie 18. L'air extérieur est aspiré à travers le filtre 13 et 4 The invention also relates to a method for preventing the formation of material gel that may possibly be contained in a portion of a heat exchanger for cooling the supercharging air of a heat engine, or for possibly thawing said material. According to the invention, a fraction of the charge air is derived near the inlet of the heat exchanger, and the derived air fraction is circulated in said part of the heat exchanger to be put into operation. contact with said material. [0010] Preferably, the derived air fraction is adjusted according to the atmospheric conditions and / or the charge air temperature. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings and on which FIG. 1 is a 3D view of an air supercharging system with a heat exchanger provided with the device of the invention, and FIG. 2 illustrates in section a heat exchanger provided with the device of the invention. In FIG. 1, the air supercharging system of a gasoline or diesel fuel type heat engine comprises a system 10 of air intake manifolds provided with an inlet 11 for gases. recirculated exhaust pipes (known under the name EGR gas for Exhaust Gas Recirculation, according to this system a part of the exhaust gas is recycled to the intake manifold), a turbocharger 12 provided with a filter 13 and a heat exchanger thermal 14, generally an air / air exchanger, which comprises an inlet 15 communicating with an inlet box 16 and an outlet 17 communicating with an outlet box 18. The outside air is sucked through the filter 13 and 4
comprimé par le turbocompresseur 12. Cet air ainsi comprimé, appelé air de suralimentation, est dirigé par une conduite 19 vers l'entrée 15 de l'échangeur 14 afin d'être refroidi. L'air de suralimentation refroidi est dirigé par une conduite 20 de la sortie 17 de l'échangeur vers le système de collecteurs 10, à travers une vanne 21 permettant de doser la quantité d'air de suralimentation apportée au système de collecteurs 10. [0013] L'échangeur thermique peut être utilisé de la façon représentée sur la figure 1, c'est-à-dire avec la boite de sortie 18 en bas et positionné à l'avant du véhicule, juste derrière la calandre. Par suite de condensations successives de divers éléments se trouvant dans l'air de suralimentation (par exemple, condensation de gaz et/ou de vapeur d'eau), ces éléments peuvent s'accumuler dans une partie de l'échangeur. En tombant par gravité ou en étant entraînés par la circulation d'air dans l'échangeur, ils ont tendance à s'accumuler dans la boite de sortie ou à proximité de la sortie de l'échangeur. The air thus compressed, called the supercharging air, is directed by a pipe 19 to the inlet 15 of the exchanger 14 in order to be cooled. The cooled supercharging air is directed by a pipe 20 from the outlet 17 of the exchanger to the manifold system 10, through a valve 21 for dosing the amount of supercharging air supplied to the manifold system 10. [ 0013] The heat exchanger can be used in the manner shown in Figure 1, that is to say with the output box 18 at the bottom and positioned at the front of the vehicle, just behind the calender. As a result of successive condensations of various elements in the charge air (for example, condensation of gas and / or water vapor), these elements can accumulate in part of the exchanger. Falling by gravity or being driven by the air flow in the exchanger, they tend to accumulate in the output box or near the exit of the exchanger.
Par temps froid, ces éléments sont susceptibles de geler et de créer des glaçons pouvant boucher la partie de l'échangeur les contenant, et notamment de boucher la sortie 17. Ce phénomène est à l'origine de pannes se manifestant par une perte de couple moteur et/ou l'impossibilité de démarrer ou redémarrer le moteur. [0014] La présente invention apporte une solution à ce problème en profitant du fait que l'air de suralimentation est relativement chaud (dû à la compression de l'air dans le turbocompresseur) : une fraction de l'air de suralimentation est dérivée à proximité de l'entrée de l'échangeur vers la partie de l'échangeur contenant les éléments susceptibles de geler, et donc notamment vers la sortie de l'échangeur thermique. Le prélèvement de l'air de suralimentation doit bien entendu être effectué avant le refroidissement de l'air, par exemple directement à l'entrée 15 de l'échangeur ou à proximité de cette entrée ou encore dans la boite d'entrée 16. L'air de suralimentation prélevé étant relativement chaud, en pénétrant et circulant dans la boite de sortie 18 de l'échangeur thermique, il empêche le gel des éléments éventuellement contenus dans la boite de sortie 18 et/ou à la sortie 17 de l'échangeur. Si des glaçons se sont formés (par exemple, lorsque le véhicule est resté en stationnement dehors par grand froid), la chaleur dégagée par l'air de suralimentation dérivé permet de faire fondre les glaçons. L'air de 5 suralimentation dérivé est injecté dans l'échangeur thermique à proximité de la partie contenant des éléments susceptibles de s'être accumulés et de geler, et donc notamment à proximité de la sortie 17 de l'échangeur ou directement dans la boite 18 de sortie de l'échangeur. [0015] Sur la figure 1, les moyens 22 pour dériver l'air de suralimentation prennent la forme d'un conduit de dérivation 23 reliant la boite d'entrée 16, à proximité de l'entrée 15 de l'échangeur thermique, à la boite de sortie 18. Une vanne de contrôle 24, située dans la canalisation 23, à proximité de la boite d'entrée de l'échangeur, permet d'ajuster la fraction ou la quantité d'air de suralimentation dérivée. Cette vanne 24 peut être pilotée par des moyens hydrauliques, électriques ou pneumatiques reliés à des moyens de contrôle (non représentés) tels qu'un microprocesseur contenant un algorithme de commande d'ouverture et de fermeture de la vanne en fonction des conditions atmosphériques, notamment de la température extérieure, et de la température de l'air de suralimentation. [0016] Les figures 2a, 2b et 2c représentent en coupe un échangeur thermique 25 muni de moyens de dérivation de l'air de suralimentation, respectivement vu de face (la face avant), vu de profil et vu de l'autre face opposée (la face arrière). L'échangeur thermique 25 comporte une boite d'entrée 26 avec une entrée 27 pour l'air de suralimentation, un ensemble de canalisations 28 dans lesquelles circule l'air de suralimentation à refroidir et une boite de sortie 29 avec une sortie 30 (figure 2b). Les moyens de dérivation de l'air de suralimentation comportent un conduit de dérivation 31 reliant la boite d'entrée 26 à la boite de sortie 29. L'air dérivé pénètre et circule dans la boite de sortie 29. Selon le type et la forme de l'échangeur thermique, il est possible et aisé de prévoir les parties de l'échangeur dans 6 In cold weather, these elements may freeze and create ice cubes can clog the part of the exchanger containing them, including clogging the output 17. This phenomenon is responsible for failures manifested by a loss of torque engine and / or the inability to start or restart the engine. The present invention provides a solution to this problem by taking advantage of the fact that the supercharging air is relatively hot (due to the compression of air in the turbocharger): a fraction of the charge air is derived to near the inlet of the exchanger to the part of the exchanger containing the elements likely to freeze, and therefore especially to the outlet of the heat exchanger. The intake of the charge air must of course be carried out before the cooling of the air, for example directly at the inlet 15 of the exchanger or near this inlet or in the input box 16. L charged supercharging air being relatively hot, penetrating and circulating in the outlet box 18 of the heat exchanger, it prevents the freezing of the elements possibly contained in the outlet box 18 and / or the outlet 17 of the exchanger . If ice cubes have formed (for example, when the vehicle has been parked outside in very cold weather), the heat generated by the derived supercharger air melts the ice cubes. The derived supercharging air is injected into the heat exchanger near the part containing elements that may have accumulated and freeze, and therefore in particular near the outlet 17 of the exchanger or directly in the box. 18 output of the exchanger. In FIG. 1, the means 22 for diverting the supercharging air take the form of a bypass duct 23 connecting the input box 16, near the inlet 15 of the heat exchanger, to the output box 18. A control valve 24, located in the pipe 23, near the inlet box of the exchanger, makes it possible to adjust the fraction or the amount of derived supercharging air. This valve 24 can be controlled by hydraulic, electrical or pneumatic means connected to control means (not shown) such as a microprocessor containing an algorithm for controlling the opening and closing of the valve as a function of the atmospheric conditions, in particular the outside temperature, and the temperature of the charge air. Figures 2a, 2b and 2c show in section a heat exchanger 25 provided with means for bypassing the supercharging air, respectively seen from the front (the front face), seen in profile and seen from the other opposite side (the back side). The heat exchanger 25 comprises an inlet box 26 with an inlet 27 for the charge air, a set of pipes 28 in which the charge air circulates to be cooled and an outlet box 29 with an outlet 30 (FIG. 2b). The supercharging air bypass means comprise a bypass duct 31 connecting the inlet box 26 to the outlet box 29. The derivative air enters and flows in the outlet box 29. Depending on the type and the shape of the heat exchanger, it is possible and easy to provide the parts of the exchanger in 6
lesquelles la formation de glaçons est possible et donc de diriger l'air de suralimentation dérivé vers ces parties. [0017] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la 5 présente invention. which the formation of ice cubes is possible and thus direct the derived supercharging air to these parts. Other embodiments than those described and shown may be devised by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.