FR2927126A1 - Composant de ligne d'alimentation en air isole thermiquement et ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique comportant un tel composant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un composant de ligne d'alimentation en air isolé thermiquement et une ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique comportant un tel composant.Ce composant est caractérisé en ce que la paroi externe (1) est munie d'au moins un évent de captation (3) pour la pénétration de l'air ambiant (AC) dans l'espace (6) entre les deux parois (1 et 2) et d'au moins un évent d'évacuation (4) pour l'évacuation de cet air, les évents (3) et (4) étant disposés de manière à permettre une circulation par convection naturelle de l'air ambiant (AC) à travers l'espace (6).L'invention concerne aussi une ligne d'alimentation en air avec un tel composant.Application dans le domaine des véhicules automobiles.
Description
COMPOSANT DE LIGNE D'ALIMENTATION EN AIR ISOLE THERMIQUEMENT ET LIGNE D'ALIMENTATION EN AIR D'UN MOTEUR THERMIQUE COMPORTANT UN TEL COMPOSANT La présente invention concerne un composant de ligne d'alimentation en air isolé thermiquement et une ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique comportant un tel composant ainsi qu'un procédé de dimensionnement des paramètres de fonctionnement de cet élément. Plus particulièrement, la présente invention concerne un composant de ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique de véhicule automobile et une ligne d'alimentation comportant un ou plusieurs de ces composantes, ce composant permettant de limiter l'échauffement de l'air acheminé le long de cette ligne grâce à son isolation thermique basée sur la convection naturelle. La ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique est composée d'un ensemble de conduites et de volumes, par exemple un col d'entrée d'air, un filtre, un artifice acoustique comme un résonateur acoustique, etc... formant les composants de cette ligne. Cet ensemble véhicule l'air entre, d'une part, la zone de collecte, en général la bouche d'entrée d'air moteur et, d'autre part, l'entrée du turbocompresseur, pour les versions turbocompressées ou du moteur thermique pour les versions normales. Ces composants de la ligne d'alimentation en air sont situés sous le capot du moteur, c'est à dire dans un environnement pouvant dépasser 100°C dans certaines phases de fonctionnement du moteur. Un soin particulier étant apporté à la position de la bouche d'entrée d'air moteur afin de capter l'air le plus frais possible tout en évitant les risques d'entrée d'eau, il convient de conserver les avantages ainsi obtenus et de minimiser l'échauffement le long des divers éléments de la ligne d'alimentation afin d'optimiser les performances, par exemple le couple moteur ou la garde au turbocompresseur et de maîtriser l'émission des polluants.
Généralement, l'échauffement le long de la ligne d'air peut atteindre 10°C à 20°C suivant les situations de fonctionnement et une telle augmentation doit être évitée car très défavorable au rendement du moteur. En effet, il a été calculé qu'une augmentation de température de 10°C sur la température d'air d'admission sur un moteur atmosphérique représente de 5 à 10% de perte de couple pour ce moteur. Le document EP-A-O 372 392 décrit une alimentation en air pour un moteur à combustion interne permettant d'abaisser la température de l'air apporté au moteur. Entre plusieurs modes de réalisation pour l'abaissement de la température de l'air dans le conduit d'alimentation, ce document propose un conduit d'alimentation à double paroi avec un espace entre les deux parois qui est rempli avec un matériau à faible conductivité thermique. Il n'y a aucune indication dans ce document qu'un phénomène de conductivité naturelle pourrait être utilisé afin d'abaisser la température de l'air d'admission.
Le document EP-B-O 892 169 décrit une ligne d'admission d'air pour un moteur à combustion interne avec divers composants usuels d'une telle ligne, ces divers composants étant disposés pour former une structure à double paroi, une couche d'isolation thermique étant disposée entre les deux parois. Dans ce document, il n'est pas non plus indiqué ni suggéré que le principe de la convection naturelle puisse servir de moyen de régulation de la température.
La présente invention a pour but d'obtenir une limitation de l'échauffement le long de la ligne d'alimentation en air du moteur ou pour ses composants particulièrement exposés à une haute température environnante en utilisant une isolation thermique qui soit la plus efficace possible sans mettre en jeu de nombreux moyens de refroidissement ou d'entraîner des adaptations spécifiques sur cette ligne ou sur ses composants.
A cet effet, l'invention a pour objet un composant de ligne d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne, ce composant présentant une paroi interne délimitant le passage de l'air acheminé au moteur et une paroi externe en contact avec l'air ambiant, un espace étant aménagé entre ces deux parois, caractérisé en ce que la paroi externe est munie d'au moins un évent de captation pour la pénétration de l'air ambiant dans l'espace entre les deux parois et d'au moins un évent d'évacuation pour l'évacuation de cet air, les évents étant disposés de manière à permettre une circulation par convection naturelle de l'air ambiant à travers l'espace.
Avantageusement, la paroi interne est revêtue d'un isolant, cet isolant pouvant être un revêtement réfléchissant, la face rayonnante du revêtement étant orientée vers la paroi externe.
En alternative, la paroi interne est parcourue d'une lame d'air isolante. Préférentiellement, les parois interne et externe forment deux paires de deux demi coquilles, une première paire entourant la seconde avec, d'une part, le pourtour de la seconde paire formant la paroi interne et, d'autre part, le pourtour de la seconde formant la paroi externe, chaque paire présentant ses deux demi coquilles jointes l'une avec l'autre par un moyen de solidarisation, un passage étant aménagé à l'endroit de jonction des deux demi coquilles de la première paire et associé à l'espace entre les deux parois pour la continuité de cet espace.
Avantageusement, les demi-coquilles sont fabriquées par moulage par injection ou soufflage, le moyen de solidarisation de deux demi coquilles associées étant sous forme d'un clip ou d'une soudure.
Avantageusement, les parois interne et externe forment deux conduits concentriques. L'invention concerne également une ligne d'alimentation en air pour un moteur à combustion interne avec un tel composant.
Avantageusement dans cette ligne d'alimentation, son ou ses composants avec un espace interne pour l'évacuation de chaleur par convection naturelle se trouvent à proximité d'une source chaude locale et/ou sont ceux des composants de cette ligne qui présentent le potentiel d'échange thermique le plus élevé.
Le principe à la base de l'invention consiste à utiliser la convection naturelle qui se traduit par un mouvement ascendant de l'air obtenu par dilatation des groupes de particules sous l'effet de la chaleur pour obtenir une évacuation de chaleur de la ligne d'alimentation en air.
L'invention va maintenant être décrite plus en 25 détail mais de façon non limitative en regard des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique du principe de convection naturelle à la base de la présente invention, 30 - la figure 2a est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un conduit de la ligne d'alimentation en air à double paroi conformément à l'invention, - la figure 2b est une représentation schématique 35 d'une vue en coupe transversale d'un conduit de la ligne d'alimentation en air à double paroi conformément à l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'un composant volumique de la ligne d'alimentation en air à double paroi conformément à l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'une enceinte thermique régulée pour la détermination des parametres de fonctionnement d'un composant de la ligne d'alimentation en air, conformément à l'invention.
La figure 1 montre le principe de la convection naturelle. La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est transportée par au moins un fluide. Les particules d'un fluide, proches d'une source de chaleur, en bas sur cette figure et à la température T1 supérieure à la température TO en haut de la figure, se dilatent en étant chauffées et deviennent moins denses. Elles ont donc tendance à monter tandis que des particules du fluide plus éloignées de la source de chaleur, en haut de la figure à la température T0, ont tendance à descendre. Il s'ensuit une circulation du fluide entre les deux niveaux de température. La chaleur est ainsi transférée de manière particulièrement efficace.
Les figures 2a et 2b sont une représentation schématique d'une vue en perspective et en coupe transversale d'un conduit de la ligne d'alimentation en air avec deux conduits formant une paroi interne et une paroi externe comprenant entre elles un espace de circulation d'air conformément à l'invention, ce conduit illustrant un composant de type surfacique. La ligne d'alimentation en air d'un moteur thermique est composée d'un ensemble de composants pour le traitement de l'air ou l'acheminement de celui-ci au moteur. Les composants se trouvant sur la ligne d'alimentation en air peuvent être de deux types, soit sous la forme de composants surfaciques, comme par exemple des conduits, ou soit sous la forme de composants volumiques, comme par exemple des filtres ou résonateurs acoustiques.
Aux figures 2a et 2b, le composant selon l'invention comprend deux conduits concentriques formant ainsi une paroi externe 1 et une paroi interne 2. Le premier conduit, limité par la paroi interne 2, est le conduit intérieur qui véhicule l'air frais AF rentrant dans la direction de la flèche fAF. Comme montré à la figure 2b, la paroi interne 2 est recouverte d'une paroi isolante 5 constituée d'un isolant réfléchissant, sa face rayonnante étant orientée vers l'extérieur. En alternative une lame d'air isolante peut aussi être utilisée. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir un système de circulation d'air pour créer cette lame afin que l'air contenu dans celle-ci ne s'échauffe pas. L'extérieur de la paroi externe 1, est en contact avec l'air chaud AC environnant l'élément, c'est-à-dire l'air retenu sous le capot du véhicule et à la température régnant à cet endroit du capot selon la proximité de sources de chaleur extérieures à la ligne. Entre la paroi interne 2 du premier conduit intérieur et la paroi externe 1 du second conduit extérieur se trouve un espace 6 de circulation d'air comme il va être décrit ultérieurement. La paroi externe 1 présente des évents de captation 3 d'air et des évents d'évacuation 4 d'air. Les évents de captation 3 introduisent de l'air chaud AC environnant selon les flèches fAC dans l'espace 6 compris entre la paroi interne 2 du premier conduit et la paroi externe 1. Selon le principe de convection naturelle, l'air capté puis piégé entre ces deux parois 1 et 2 s'échauffe sous l'effet de l'accumulation de chaleur et s'élève en circulant dans l'espace 6 vers les évents d'évacuation 4 de la paroi externe 1 et évacuant ainsi cet air chaud de l'espace 6 selon la flèche f'AC et donc de l'élément.
La circulation d'air chaud ainsi obtenu entre la paroi interne 2, le cas échéant recouverte de la paroi isolante 5, et la paroi externe 1 limite l'échauffement de l'air frais AF qui circule dans le conduit intérieur délimité par la paroi interne 2.
La figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'un composant volumique de la ligne d'alimentation en air à double paroi conformément à l'invention, Pour les composants volumiques, il est aussi prévu une double paroi avec une paroi externe 1 et une paroi interne 2 délimitant un espace de circulation 6 entre elles. La paroi interne 2 entoure un volume intérieur V2 traversé par l'air frais AF dont la circulation est illustrée par les flèches fAF. Cet air frais AF pénètre dans le volume intérieur V2 par l'ouverture 8 et quitte ce volume V2 par l'ouverture 9, ces deux ouvertures ne communiquant pas avec l'espace 6 et l'air environnant AC autour de cet élément. La paroi interne 2 du composant est préférentiellement recouverte d'une paroi isolante 5 constituée d'un isolant réfléchissant avec la face rayonnante orientée vers l'extérieur. Il est possible d'utiliser aussi une lame d'air isolante. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir un système de circulation d'air pour créer cette lame afin que l'air contenu dans celle-ci ne s'échauffe pas. Comme pour les composants surfaciques, l'extérieur de la paroi externe 1 est en contact avec l'air chaud AC environnant la zone sous le capot où se trouve cet élément. Cette paroi externe 1 présente des évents de captation 3 et des évents d'évacuation 4. Comme pour le cas des composants surfaciques, l'air chaud environnant AC, capté selon la flèche fAC en partie inférieure du composant puis piégé entre les parois interne 2 et externe 1 dans l'espace 6, s'échauffe sous l'effet de l'accumulation de chaleur et s'élève vers les évents d'évacuation 4 aménagés dans la paroi externe 1 et quitte ce composant par ceux-ci selon la flèche f'AC. La circulation d'air chaud ainsi obtenu entre la paroi interne 2, revêtue de la paroi isolante 5, et la paroi externe 1, limite l'échauffement de l'air frais AF qui circule dans le volume intérieur V2. Dans une forme préférentielle de réalisation de l'invention, les composants volumiques peuvent être constitués de deux paires externe et interne de deux demi coquilles, respectivement les demi coquilles Cl et C'1 pour la paroi externe 1 et les demi coquilles C2 et C2' pour la paroi interne 2. Ces demi coquilles Cl, Cl', C2 et C2' sont réalisées par des procédés par injection ou soufflage et assemblées de préférence par clips ou soudure, les demi-coquilles Cl et Cl' par une première jonction 7a pour la paroi externe 1 et les demi-coquilles C2 et C2' par une seconde jonction respective 7b pour la paroi externe 2. Dans la zone de raccordement 7a des deux demi coquilles Cl et Cl' respectives de la paire externe, un passage 6' est prévu pour la circulation de l'air par convection dans l'espace 6 compris entre la paroi externe 1 et la paroi interne 2. Pour la détermination des paramètres de fonctionnement d'un composant disposé dans une ligne d'alimentation, il peut être avantageux d'utiliser le système montré à la figure 4. Les paramètres à déterminer comprennent, entre autres, comme montré à la figure 3, les valeurs de la surface totale des évents de captation Sc et d'évacuation Se, de la largeur 1 de l'espace, de l'épaisseur e de la paroi isolante et/ou la lame d'air ainsi que le pouvoir réfléchissant de l'isolant. Ces paramètres sont ajustés lors d'essais dans une enceinte thermique régulée 10 parcourue selon les flèches fAF par une circulation d'air régulé en température représentant l'air frais avec mesures d'entrée et de sortie de la température de cet air. Cette enceinte thermique 10 contient, soit la ligne d'alimentation en air complète, soit un ou plusieurs composants de celle-ci, cette enceinte thermique 10 simulant, en outre, les conditions d'air environnant chaud AC et/ou les conditions d'une source chaude voisine 11 avec une température locale critique. Les principaux paramètres de dimensionnement du composant sont indiqués à la figure 3 et comprennent: - la surface totale Sc des évents de captation 3 qui peut être décomposée en plusieurs sous surfaces, - la surface totale Se des évents d'évacuation 4 qui peut aussi être décomposée en plusieurs sous surfaces, avec Sc > Se pour initier un effet cheminée, - la distance e entre la paroi isolante et la paroi externe en contact avec l'environnement chaud du sous capot, - l'épaisseur 1 de la lame d'air entre la paroi isolante et la paroi interne, - la nature de l'isolant, par exemple s'il est réfléchissant ou non. Ces paramètres sont ainsi déterminés suivant les conditions de fonctionnement du moteur et d'environnement sous capot.
Un composant de ligne d'alimentation en air, élaboré selon la présente invention, permet de limiter l'échauffement de l'alimentation en air du moteur. Comparé à la complexité et au coût des technologies habituellement mises en oeuvre, notamment comme la transmission continûment variable et l'injection directe, afin d'atteindre l'agrément moteur au niveau du couple, du temps de réponse des turbo, etc... et les niveaux de polluants réglementaires, la solution apportée par la présente invention présente un coût moindre et permet de ne pas perdre les avantages obtenus par ces technologies. En effet, dans le meilleur des cas, la moitié des gains en couple obtenus par le passage à ces technologies sur un moteur atmosphérique est perdue si la température d'air d'admission augmente de 10°C, ce qui peut facilement se produire sur la ligne d'alimentation en air sous le capot. Afin de limiter les surcoûts, il est possible de ne traiter qu'une partie de la ligne d'alimentation en air, de préférence des composants de la ligne à proximité d'une source chaude locale critique ou des composants présentant le potentiel d'échange thermique le plus élevé. En général, ces composants sont ceux où les vitesses d'air sont les plus faibles et sont souvent des volumes.
L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Claims (9)
1. Composant de ligne d'alimentation en air (AF) d'un moteur à combustion interne, ce composant présentant une paroi interne (2) délimitant le passage de l'air (AF) acheminé au moteur et une paroi externe (1) en contact avec l'air ambiant(AC), un espace (6) étant aménagé entre ces deux parois (1 et
2), caractérisé en ce que la paroi externe (1) est munie d'au moins un évent de captation (3) pour la pénétration de l'air ambiant (AC) dans l'espace (6) entre les deux parois (1 et 2) et d'au moins un évent d'évacuation (4) pour l'évacuation de cet air, les évents (3) et (4) étant disposés de manière à permettre une circulation par convection naturelle de l'air ambiant (AC) à travers l'espace (6). 2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne (2) est revêtue d'un isolant (5).
3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'isolant (5) est un revêtement réfléchissant, la face rayonnante du revêtement étant orientée vers la paroi externe (1).
4. Composant selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la paroi interne (2) est parcourue d'une lame d'air isolante.
5. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que la paroi externe (1) et la paroi interne (2) sont respectivement 30 formées par une première paire(Cl, Cl') et seconde paire (C2, C2') de demi-coquilles, les demi-coquilles étant jointes l'une à l'autre par un moyen de solidarisation et un passage (6') étant ménagé à la jonction des deux demi-coquilles de la première paire(Cl, Cl'), pour assurer la 35 continuité de l'espace (6) défini entre la paroi interne des demi-coquilles de la première paire (Cl, Cl') et laparoi externe des demi-coquilles de la seconde paire(C2, C2').
6. Composant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les demi-coquilles (Cl, Cl'; C2, C2') sont fabriquées par moulage par injection ou soufflage, le moyen de solidarisation (7a ou 7b) de deux demi coquilles (Cl, Cl'; C2, C2') associées étant sous forme d'un clip ou d'une soudure.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parois interne (2) et externe (1) forment deux conduits concentriques.
8. Ligne d'alimentation en air pour un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Ligne d'alimentation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que son ou ses composantes avec un espace interne pour l'évacuation de chaleur par convection naturelle se trouvent à proximité d'une source chaude locale et/ou sont ceux des composants de cette ligne qui présentent le potentiel d'échange thermique le plus élevé.25
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