FR2922961A1 - Refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur (10) de véhicule automobile.Selon l'invention, ledit refroidisseur (50) comprend des moyens (54) de récupération de produits de condensation à l'intérieur du refroidisseur et des moyens (56, 57) d'évacuation desdits produits de condensation.Application aux véhicules automobiles à moteur suralimenté.
Description
REFROIDISSEUR D'AIR DE SURALIMENTATION D'UN MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles dans lesquels l'air d'admission est s suralimenté au moyen d'un compresseur, notamment un turbocompresseur. Afin d'augmenter la densité de l'air à l'admission d'un moteur compressé ou turbocompressé, il est connu de refroidir l'air de suralimentation sortant du compresseur au moyen d'un dispositif de refroidissement appelé refroidisseur d'air de suralimentation ou RAS en abrégé (ou encore CAC pour t0 Charger Air Cooler en anglais). Ce refroidisseur d'air de suralimentation utilise comme fluide caloporteur l'air ou un liquide de refroidissement comme de l'eau glycolée. Un exemple typique de refroidisseur pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est un refroidisseur dont le corps de refroidissement est constitué par un faisceau de tubes parallèles refroidis par 15 un courant d'air extérieur par exemple, et à l'intérieur desquels circulent les gaz à refroidir. Dans un moteur à combustion interne, il se crée dans le carter du moteur des gaz, appelés gaz de carter ou gaz de blow by , provenant de différentes sources : 20 - fuite des gaz au niveau de segments, depuis la chambre de combustion vers les volumes sous piston, - fuite des gaz au niveau des paliers du ou des turbocompresseurs, depuis les corps de turbine et de compresseur vers le carter moteur par le retour d'huile, - fuite des gaz par les joints de queue de soupape, depuis les tubulures 25 d'admission et d'échappement vers la culasse, - fuite des gaz de pompe à huile, depuis le circuit de freinage vers la culasse. Les gaz de carter sont donc composés : - de gaz de combustion, essentiellement de l'eau, du dioxyde de carbone et du diazote,
- des gaz imbrûlés : air, carburant et diazote,
- d'huile résiduelle après le passage des gaz à travers une chambre de décantation.
Dans le but d'éviter les risques de fuite vers l'extérieur et le rejet dans l'atmosphère d'hydrocarbures polluants, ainsi que pour maintenir le bas du carter en dépression et éviter un incendie du moteur, les gaz de blow by doivent être évacués à travers des circuits de récupération en boucle fermée
io fonctionnant par aspiration vers l'admission des gaz moteur afin d'être consommés dans la chambre de combustion.
Dans un moteur suralimenté, les gaz de blow by sont réinjectés dans le circuit d'admission en amont du compresseur.
On sait par ailleurs que la plupart des moteurs à combustion interne, et 15 plus spécialement les moteurs diesel et les moteurs à injection directe, produisent des oxydes d'azote, désignés ensemble NOx, dont les effets sur l'environnement sont particulièrement néfastes.
Un moyen connu pour limiter la production d'oxydes d'azote consiste à recycler les gaz d'échappement. Selon cette technique, appelée EGR pour
20 Exhaust Gas Recirculation , au moins une partie des gaz d'échappement formés est prélevée sur le collecteur d'échappement et mélangée à l'air frais d'admission en amont du répartiteur d'admission. Ce mélange est alors introduit dans la chambre de combustion du moteur. La présence de gaz d'échappement dans le mélange gazeux a pour effet de diminuer la
25 température de combustion dans la chambre et, comme la formation des NOx est fortement dépendante de la température, on comprend que la mise en recirculation des gaz d'échappement contribue à réduire la quantité d'oxydes d'azote formés. Cet effet augmente avec la quantité de gaz d'échappement mélangés à l'air d'admission.
3o Pour assurer un remplissage correct des cylindres et protéger les composants de la ligne d'admission, les gaz d'échappement récupérés sont généralement refroidis à l'aide d'échangeurs à eau désignés EGRc pour EGR cooler .
De manière à réinjecter dans le circuit d'admission des gaz EGR propres et froids dans les moteurs suralimentés, il est connu de prélever ces gaz à basse pression (LP) en aval de la turbine et de préférence en aval du filtre à particules, de les refroidir dans un échangeur à eau désigné cette fois par LP EGRc, et de les réinjecter, comme les gaz de blow by , en amont du compresseur.
Les gaz EGR réinjectés à l'admission sont constitués en partie par de l'eau, sous forme vapeur ou liquide, et par des composés acides.
Ainsi, les gaz de blow by après décantation partielle d'huile et les
io gaz EGR après refroidissement sont introduits dans la ligne d'admission en amont du compresseur et traversent donc le refroidisseur d'air de suralimentation.
On notera cependant que les gaz EGR en se condensant dans l'échangeur EGRc ou dans le refroidisseur d'air de suralimentation produisent
Is des condensats acides qui peuvent, d'une part, endommager les pièces situées sur la ligne d'admission, comme, par exemple, des vannes et le compresseur, et, d'autre part, réduire les performances du refroidisseur d'air de suralimentation et détériorer les matériaux qui le constituent.
De même, l'huile résiduelle, l'eau et le carburant contenus dans le gaz 20 de blow by réinjectés à l'admission se déposent le long de la ligne d'admission par condensation ou par piégeage. Ces dépôts peuvent perturber et endommager les pièces, notamment celles en mouvement qui s'y trouvent, ainsi que réduire l'efficacité thermique du refroidisseur d'air de suralimentation et même, comme les condensats acides, détériorer les matériaux qui le 25 composent.
Enfin, il faut également remarquer que, dans des conditions climatiques froides, les condensats produits par les gaz EGR ainsi que les dépôts des gaz de blow by peuvent geler et entraîner la casse du refroidisseur et/ou l'étouffement du moteur par obstruction du flux d'air.
3o Aussi, le but de l'invention est de proposer une solution au problème technique de protéger les composants de la ligne d'admission depuis le compresseur de suralimentation d'air jusqu'au répartiteur d'admission, y compris le refroidisseur d'air de suralimentation, contre les produits de condensation, condensats acides des gaz EGR et/ou dépôts des gaz de blow by , qui pourraient affecter leurs performances et leur intégrité.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile, remarquable en ce que ledit refroidisseur comprend des moyens de récupération de produits de condensation à l'intérieur du refroidisseur et des moyens d'évacuation desdits produits de condensation.
Ainsi, on comprend que l'invention consiste à utiliser le refroidisseur d'air de suralimentation existant lui-même pour réaliser la protection io recherchée des composants de la ligne d'admission en y incluant des moyens de récupération et d'évacuation des produits de condensation. Un avantage de l'invention réside donc dans le fait d'intégrer dans un seul élément, le refroidisseur d'air de suralimentation, les fonctions de refroidissement des gaz d'admission, d'une part, et de récupération et d'évacuation des condensats 15 acides et des dépôts de gaz de blow by , d'autre part. On remarquera par ailleurs que le refroidisseur conforme à l'invention fonctionne aussi bien en présence de gaz EGR seuls, de gaz de blow by seuls, ou d'un mélange des deux types de gaz. Peuvent également être récupérés des condendats venant de l'air extérieur en cas de fonctionnement
20 à forte humidité ambiante.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de récupération comprennent un réceptacle de récupération aménagé dans une boîte, de préférence de sortie, dudit refroidisseur, ledit réceptacle étant apte à récupérer par gravitation des produits de condensation, et dans lequel lesdits
25 moyens d'évacuation comprennent un orifice d'évacuation ménagé dans ledit réceptacle de récupération.
De préférence, lesdits moyens d'évacuation comprennent également un conduit d'évacuation raccordé audit orifice d'évacuation, ledit conduit d'évacuation étant destiné à transférer vers le moteur les produits de
o condensation recueillis dans ledit réceptacle de récupération.
Les produits de condensation, et notamment ceux formés dans le refroidisseur, sont donc recueillis par gravitation dans le réceptacle de récupération, situé au fond du refroidisseur, lequel constitue le plus souvent un point bas du système d'admission d'air. Puis, les produits de condensation ainsi récupérés peuvent être évacués à travers le conduit d'évacuation, parallèlement au conduit d'admission par exemple. De cette manière, les produits de condensation récupérés sont acheminés directement à l'admission du moteur séparément du mélange gazeux air suralimenté/gaz EGR/gaz de blow by , lequel peut donc être maintenu propre jusqu'à l'admission, et ceci sans risque d'endommager les pièces situées sur le circuit d'admission.
Le transfert des produits de condensation le long du conduit d'évacuation est réalisé par tout moyen : gravité, dépression, etc. io Avantageusement, lesdits moyens d'évacuation comprennent en outre au moins un tube d'évacuation de produits de condensation recueillis par gravitation dans une boîte d'entrée du refroidisseur.
On obtient ainsi une protection efficace du corps de refroidissement du refroidisseur du fait que les produits de condensation recueillis dans la boîte
15 d'entrée peuvent être évacués en évitant le corps de refroidissement, sans le traverser et donc sans l'endommager.
En particulier, l'invention prévoit que ledit tube d'évacuation débouche dans ledit réceptacle de récupération de la boîte de sortie. Les produits de condensation de la boîte d'entrée sont ainsi regroupés avec les produits de 20 condensation de la boîte dans le même réceptacle de récupération et sont évacués par un conduit d'évacuation commun. Selon un mode de réalisation, ledit tube d'évacuation est extérieur à un corps de refroidissement du refroidisseur.
Selon un autre mode de réalisation, ledit tube d'évacuation est intégré à 2 un corps de refroidissement du refroidisseur constitué d'un faisceau de tubes ou de plaques.
Selon encore un autre mode de réalisation, ledit tube d'évacuation est un tube en partie basse d'un corps de refroidissement du refroidisseur constitué d'un faisceau de tubes.
3o La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
La figure 1 est un schéma montrant un circuit d'alimentation en air d'un moteur comportant un refroidisseur d'air de suralimentation selon l'invention.
La figure 2a est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un refroidisseur conforme à l'invention.
La figure 2b est un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un refroidisseur conforme à l'invention.
La figure 2c est un schéma d'un troisième mode de réalisation d'un refroidisseur conforme à l'invention.
Sur la figure 1 est représenté un moteur 10 de véhicule automobile ~o comprenant un répartiteur 11 d'admission, une chambre 12 de combustion et un collecteur 13 d'échappement.
Le moteur 10 de la figure 1 fonctionne par suralimentation de l'air d'admission au moyen d'un turbocompresseur dont la turbine 21 est placée sur la ligne 1 d'échappement, en amont du filtre 14 à particules. La turbine 21,
15 entraînée en rotation par la circulation des gaz d'échappement, entraîne à son tour un compresseur 22 placé sur la ligne 2 d'admission en aval du filtre 15 à air. La compression de l'air d'admission induite par le mouvement de rotation du compresseur 22 produit la suralimentation recherchée.
Afin de limiter les inconvénients énoncés plus haut relativement à la
20 formation de gaz de blow by dans le carter, le moteur 10 est équipé d'un circuit 3 de récupération des gaz de blow by comprenant une chambre 31 de décantation de l'huile contenue dans ces gaz, et un conduit 32 de transfert des gaz ainsi décantés dans la ligne 2 d'admission, en amont du compresseur 22.
25 De même, les gaz d'échappement récupérés selon la technique EGR basse pression (LP EGR) sont prélevés sur la ligne 1 d'échappement préférentiellement en aval du filtre 14 à particules et injectés dans la ligne 2 d'admission en amont du compresseur 22 après avoir été refroidis à la traversée de l'échangeur LP EGRc 41 placé sur le conduit 42 du circuit 4 de
3o récupération des gaz EGR.
Comme le montre la figure 1, un refroidisseur 50 d'air de suralimentation est disposé sur la ligne 2 d'admission en aval du compresseur 22.
Nominalement, ce refroidisseur 50 est destiné à augmenter la densité de l'air d'admission à l'entrée du moteur 10. Néanmoins, l'invention en étend les fonctions en y intégrant celle de la protection des composants de la ligne 2 d'admission et notamment les composants en aval du compresseur 22 contre les effets néfastes de produits de condensation, tels que les condensats acides des gaz EGR et les dépôts des gaz de blow by , pouvant entrer ou se former dans le refroidisseur 50. C'est pourquoi le refroidisseur 50 comprend des moyens de récupération de produits de condensation et des moyens d'évacuation vers le to répartiteur 11 d'admission du moteur 10 par exemple des produits de condensation récupérés. Ces divers moyens vont maintenant être décrits en détail. Sur la figure 1, on peut voir que lesdits moyens de récupération comprennent un réceptacle 54 de récupération apte à récupérer les produits 15 de condensation, par exemple ceux formés dans le refroidisseur 50. Selon les modes de réalisation des figures 2a, 2b, 2c, ce réceptacle 54 est formé dans une boîte 53 et plus particulièrement la boite de sortie du refroidisseur 50, de préférence au fond de la boîte 53 de manière à pouvoir recueillir par gravitation les produits de condensation formés, le refroidisseur étant 20 généralement situé en un point bas du système d'admission. Quant aux moyens d'évacuation des produits de condensation, ils comprennent, selon les modes de réalisation des figures 2a, 2b, 2c, un orifice 55 d'évacuation ménagé dans le réceptacle 54 et un conduit 56 d'évacuation raccordé audit orifice 55 d'évacuation et destiné à transférer les produits de 25 condensation recueillis dans ledit réceptacle 54 de récupération. Un système approprié par doseur ou venturi, non représenté, permet d'obtenir la dépression nécessaire à ce transfert. En pratique, le réceptacle 54 de récupération et le conduit 56 d'évacuation peuvent être moulés avec la boîte 53 de sortie. ,v Les moyens d'évacuation peuvent comprendre également un tube 57 d'évacuation de produits de condensation recueillis par gravitation dans la boîte 52 d'entrée du refroidisseur 50, ceci afin d'éviter que les produits de condensation présents dans la boîte 52 d'entrée ne pénètrent à l'intérieur du corps 51 de refroidissement du refroidisseur 50 et viennent l'endommager.
De manière avantageuse, le tube 57 d'évacuation débouche dans le réceptacle 54 de récupération de la boîte 53 de sortie. Ainsi, les produits de condensation présents dans la boîte 52 d'entrée sont regroupés dans le réceptacle 54 avec les produits formés dans le corps 51 de refroidissement pour une évacuation commune vers le moteur 10 à travers le conduit 56 d'évacuation. Le tube 57 d'évacuation peut être moulé avec les boîtes d'entrée 52 et Io de sortie 53.
Le corps 51 de refroidissement représenté sur les figures 2a, 2b, 2c est un faisceau de tubes refroidis par un agent caloporteur qui peut être l'air extérieur ou un liquide de refroidissement. Le fluide à refroidir, ici l'air d'admission mélangé aux gaz EGR ou blow by , circule dans les tubes 510 du faisceau.
Dans l'exemple de la figure 2a, le tube 57 d'évacuation, rigide ou souple, est extérieur au faisceau 51 et le contourne.
Dans le cas de la figure 2b, le tube 57 d'évacuation est intégré au faisceau 51 de tubes lui-même.
20 Enfin, selon la figure 2c, le tube 57 d'évacuation est simplement l'un des tubes en partie basse du faisceau 51 de tubes. 20 30
Claims (9)
1. Refroidisseur d'air de suralimentation (50) d'un moteur (10) de véhicule automobile, caractérisé en ce que ledit refroidisseur (50) comprend des moyens (54) de récupération de produits de condensation à l'intérieur du refroidisseur et des moyens (55, 56, 57) d'évacuation desdits produits de condensation. io
2. Refroidisseur selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de récupération comprennent un réceptacle (54) de récupération aménagé dans une boîte (53) dudit refroidisseur (50), ledit réceptacle étant apte à récupérer par gravitation des produits de condensation, et dans lequel lesdits moyens 15 d'évacuation comprennent un orifice (55) d'évacuation ménagé dans ledit réceptacle (54) de récupération.
3. Refroidisseur selon la revendication 2, dans lequel ladite boite (53) est une boite de sortie (53) dudit refroidisseur (50).
4. Refroidisseur selon la revendication 2 ou 3, dans lequel lesdits moyens d'évacuation comprennent également un conduit (56) d'évacuation raccordé audit orifice (55) d'évacuation, ledit conduit d'évacuation étant destiné à transférer vers le moteur (10) les produits de condensation recueillis dans ledit réceptacle (54) de récupération.
5. Refroidisseur selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel lesdits moyens d'évacuation comprennent en outre au moins un tube (57) d'évacuation de produits de condensation recueillis par gravitation dans une boîte (52) d'entrée du refroidisseur (50). 2922961 io
6. Refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel ledit tube (57) d'évacuation débouche dans ledit réceptacle (54) de récupération de la boîte (53) de sortie.
7. Refroidisseur selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit tube (57) d'évacuation est extérieur à un corps (51) de refroidissement du refroidisseur (50).
8. Refroidisseur selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit tube ~o (57) d'évacuation est intégré à un corps (51) de refroidissement du refroidisseur (50) constitué d'un faisceau de tubes (510).
9. Refroidisseur selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit tube (57) d'évacuation est un tube en partie basse d'un corps (51) de 15 refroidissement du refroidisseur (50) constitué d'un faisceau de tubes (510) ou de plaques.
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