FR2993604A1

FR2993604A1 - Supercharged combustion engine e.g. petrol engine, for car, has compressed air flow cooling loop and coolant loop provided in connection with each other such that coolant liquid flow passes from one loop to another loop

Info

Publication number: FR2993604A1
Application number: FR1256985A
Authority: FR
Inventors: Martial Dore
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-01-24
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: FR2993604B1

Abstract

The engine has a turbocompressor (20) for producing a compressed air flow output (27), and a compressed air flow cooling loop or supercharging cooler (60) is arranged for circulation of cooling liquid or water. A central stage (24) is provided for the turbocompressor. A coolant loop such as control loop (81) is arranged for circulation of the cooling liquid. The compressed air flow cooling loop and the coolant loop are provided in connection with each other such that a coolant liquid flow passes from one loop to another loop.

Description

MOTEUR A COMBUSTION DE VEHICULE AUTOMOBILE A REFROIDISSEMENT DE PALIER DE TURBOCOMPRESSEUR [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicules automobiles équipés d'un turbocompresseur pour alimenter des chambres de combustion de tels moteurs en air comprimé. L'invention s'adresse à de tels moteurs suralimentés, qu'ils soient diesels ou essence. [0002] Un turbocompresseur comporte un palier dont le rôle est notamment de maintenir un axe en rotation du turbocompresseur. Le palier est sujet à de forts échauffements et constitue un organe devant faire l'objet d'un refroidissement. [0003] Dans les turbocompresseurs connus, un circuit de refroidissement du palier est piqué sur un circuit de refroidissement du bloc moteur du véhicule, de sorte que le liquide de refroidissement du bloc moteur sert également à refroidir le palier du turbocompresseur. Le circuit de refroidissement du palier du turbocompresseur, greffé sur le circuit de refroidissement du moteur, intègre une pompe à eau additionnelle électrique, destinée à assurer le débit dans ce circuit de refroidissement du palier. L'un des modes de fonctionnement caractéristique d'un tel dispositif consiste à assurer une circulation d'eau au niveau du palier lorsque le moteur est arrêté. Il convient en effet, dans cet état où la circulation d'huile du moteur est également interrompue, d'éviter la cokéfaction de l'huile au niveau du palier du turbocompresseur. [0004] Le turbocompresseur nécessite souvent un refroidissement de l'air qu'il a comprimé. Ce refroidissement est effectué par un circuit basse température avant que l'air comprimé ne soit introduit dans les chambres de combustions. Il résulte donc, dans ce type de configuration, de multiples pompes à eau électriques, ainsi qu'une multitude d'interfaces au niveau de chacun des différents composants de chacun des circuits, dont les implantations respectives, dans un espace de plus en plus réduit, ne sont pas sans poser de nombreux problèmes. [0005] Le but de l'invention est de proposer un moteur à combustion de véhicule automobile dans lequel un palier de turbocompresseur soit refroidi d'une manière efficace et simple à mettre en oeuvre. [0006] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un moteur à combustion de véhicule automobile comprenant un turbocompresseur produisant un flux d'air comprimé, une boucle de refroidissement du flux d'air comprimé par circulation de liquide de refroidissement, un palier du turbocompresseur et une boucle de refroidissement du palier par circulation de liquide de refroidissement, caractérisé en ce que la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier sont en liaison de liquide de refroidissement l'une avec l'autre de sorte qu'un flux de liquide de refroidissement passe d'une boucle à une autre de ces deux boucles. [0007] Avantageusement, la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier du turbocompresseur sont disposées en série l'une de l'autre. [0008] Avantageusement, la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier du turbocompresseur sont équipées d'une même pompe faisant circuler le liquide de refroidissement simultanément dans les deux boucles. [0009] Avantageusement, le moteur comporte un radiateur de refroidissement et le liquide de refroidissement circulant dans la boucle de refroidissement de l'air comprimé ainsi que le liquide de refroidissement circulant dans la boucle de refroidissement du palier sont refroidis par ce même radiateur. [0010] Avantageusement, le liquide de refroidissement circulant dans la boucle de refroidissement de l'air comprimé et dans la boucle de refroidissement du palier n'est refroidi que par un seul et même radiateur. [0011] Avantageusement, le moteur comprend un radiateur, une pompe de liquide de refroidissement et un refroidisseur d'air comprimé, et la pompe de liquide de refroidissement est disposée en série entre le radiateur et le refroidisseur d'air comprimé. [0012] Avantageusement, le moteur comprend un bloc moteur et une boucle de refroidissement du bloc moteur, et ni la boucle de refroidissement de l'air comprimé ni la boucle de refroidissement du palier du turbocompresseur n'est en liaison de liquide de refroidissement avec la boucle de refroidissement du bloc moteur de sorte qu'aucun flux de liquide de refroidissement ne passe d'aucune boucle parmi la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier à la boucle de refroidissement du bloc moteur. [0013] Avantageusement, le moteur comprend un bloc moteur et un boucle de refroidissement du bloc moteur, et l'une au moins des boucles parmi la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier est en liaison de liquide de refroidissement avec la boucle de refroidissement du bloc moteur de sorte qu'un flux de liquide de refroidissement passe d'au moins une boucle parmi la boucle de refroidissement de l'air comprimé et la boucle de refroidissement du palier à la boucle de refroidissement du bloc moteur. [0014] L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un tel moteur à combustion. [0015] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée, laquelle représente un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. [0016] Le moteur suralimenté représenté sur la figure annexée comporte un bloc moteur 10 muni d'une série de chambres de combustion et un circuit d'air muni d'un turbocompresseur 20. Le turbocompresseur 20 est constitué de trois parties distinctes 21, 24, 25. [0017] La partie 21 est un carter turbine du turbocompresseur. Le carter turbine 21 reçoit et à évacue les gaz d'échappement issus de chaque combustion respectivement par une entrée 22 et par une sortie 23 de ce carter turbine. [0018] La partie 24 constitue un palier central. Ce palier central reçoit un axe, non représenté, du turbocompresseur sur lequel sont présentes deux roues, une roue turbine et une roue compresseur. Le palier 24 assure le guidage, la lubrification et le refroidissement de cet axe. [0019] La partie 25 est une partie compresseur laquelle reçoit au niveau d'une entrée 26 l'air à la pression atmosphérique, et délivre au niveau d'une sortie 27 de l'air comprimé. [0020] Le moteur comporte en outre un collecteur d'échappement 30 à partir duquel des gaz d'échappement transitent vers l'entrée 22 du carter turbine 21 et actionnent la roue turbine. Ils sont ensuite dirigés vers la sortie 23 du carter turbine pour être dépollués au travers d'un catalyseur et d'un filtre à particules tous deux représentés sous la référence 40. [0021] L'air en provenance de l'extérieur, à pression atmosphérique, est épuré au travers d'un filtre à air 50 et est ensuite acheminé à l'entrée d'air 26 du turbocompresseur 20, pour en ressortir à l'état comprimé, au niveau de la sortie 27. [0022] Un refroidisseur de suralimentation 60 est disposé en aval de la sortie d'air comprimé du turbocompresseur, ici au niveau du bloc moteur 10. Le refroidisseur de suralimentation 60 est ici embarqué sur le bloc moteur, afin que, fonctionnellement, l'air refroidi se trouve au plus près des soupapes d'admission d'air du moteur. [0023] Un doseur d'air 70 est en outre placé en entrée des chambres de combustion, également au niveau du bloc moteur 10. L'air comprimé, après avoir été refroidi dans le refroidisseur de suralimentation 60 et être passé au travers du doseur d'air 70, est introduit au niveau d'une entrée d'air de chacune des chambres du moteur. [0024] Un radiateur 80 est disposé à l'avant du véhicule et alimente le refroidisseur de suralimentation 60 en liquide refroidi par l'intermédiaire d'une conduite 61 d'arrivée au refroidisseur de suralimentation 60. Cette conduite 61 porte une pompe 90 générant la circulation de liquide de refroidissement entre le radiateur 80 et le refroidisseur de suralimentation. [0025] Le refroidisseur de suralimentation 60 présente en outre une canalisation 62 de sortie de liquide de refroidissement laquelle rejoint le palier central 24. Le palier central 24 est ici muni d'un espace de circulation du liquide de refroidissement permettant un échange de chaleur efficace entre le liquide de refroidissement et les composants du palier. La conduite de sortie 62 rejoint donc le palier 24 pour refroidir ce dernier à l'aide du liquide de refroidissement provenant du radiateur 80 et ayant déjà refroidi l'air comprimé au travers du refroidisseur de suralimentation 60. Une conduite 81 de retour au radiateur 80 s'étend en sortie du palier central 24, afin de soumettre le liquide de refroidissement à une nouvelle phase de refroidissement. [0026] La sortie du refroidisseur d'air comprimé 60 forme donc une jonction entre une boucle de refroidissement de l'air comprimé formée par la conduite 61, la pompe 90 et le refroidisseur d'air comprimé 60 et une boucle de refroidissement du palier 24 formée par la conduite 62, l'espace de circulation de liquide de refroidissement du palier 24, et la conduite 81 de retour au radiateur 80. [0027] Les deux boucles de refroidissement sont ici disposées en série et une seule pompe 90 assure la circulation du liquide de refroidissement dans ces deux boucles. En variante, les boucles de refroidissement respectivement de l'air comprimé et du palier sont disposées en parallèle, et au moins une jonction de circulation de liquide de refroidissement assure une circulation de liquide de refroidissement de l'une à l'autre de ces deux boucles. [0028] Les boucles de refroidissement de l'air comprimé et du palier sont donc toutes deux des boucles basse température. Aucune des boucles de refroidissement de l'air comprimé et du palier n'est ici en liaison avec une boucle de refroidissement du bloc moteur. [0029] En variante une liaison de circulation de liquide de refroidissement entre une boucle de refroidissement du bloc moteur et au moins une des boucles de refroidissement de l'air comprimé et du palier peut être adoptée de sorte que l'on réduit encore le nombre de composants nécessaires au refroidissement de ces différents organes. [0030] II est donc proposé dans le présent exemple de réalisation une architecture de refroidissement assurant, à partir d'un radiateur basse température, d'un refroidisseur d'air de suralimentation de type air/eau, et d'une seule pompe à eau électrique, à la fois le refroidissement de l'air suralimenté et le refroidissement du palier central du turbocompresseur. [0031] Par la réduction du nombre de composants nécessaires au refroidissement de l'air comprimé et du palier du turbocompresseur, l'implémentation des différents composants est rendu plus facile. Par la réduction du nombre de composants, le véhicule devient en outre plus aisé à recycler et à dépolluer une fois hors service, améliorant ainsi le caractère écologique du véhicule.10The invention relates to motor vehicle combustion engines equipped with a turbocharger for supplying combustion chambers of such engines with compressed air. BACKGROUND OF THE INVENTION The invention is directed to such supercharged engines, whether diesel or gasoline. [0002] A turbocharger comprises a bearing whose role is in particular to maintain an axis in rotation of the turbocharger. The bearing is subject to strong heating and is an organ to be cooled. In known turbochargers, a bearing cooling circuit is stung on a cooling circuit of the engine block of the vehicle, so that the engine block coolant is also used to cool the bearing of the turbocharger. The cooling circuit of the turbocharger bearing, grafted on the engine cooling circuit, incorporates an additional electric water pump, intended to ensure the flow rate in this cooling circuit of the bearing. One of the characteristic operating modes of such a device is to ensure a flow of water at the bearing when the engine is stopped. It is advisable, in this state where the engine oil flow is also interrupted, to avoid coking of the oil at the level of the turbocharger bearing. The turbocharger often requires cooling of the air that it has compressed. This cooling is performed by a low temperature circuit before the compressed air is introduced into the combustion chambers. It results therefore, in this type of configuration, multiple electric water pumps, as well as a multitude of interfaces at each of the different components of each of the circuits, including the respective implantations, in a space increasingly reduced , are not without posing many problems. The object of the invention is to provide a motor vehicle combustion engine in which a turbocharger bearing is cooled in an efficient manner and simple to implement. This object is achieved according to the invention with a motor vehicle combustion engine comprising a turbocharger producing a flow of compressed air, a cooling loop of the compressed air flow by coolant circulation, a bearing turbocharger and cooling loop of the bearing by circulation of coolant, characterized in that the compressed air cooling loop and the bearing cooling loop are in connection with coolant with each other so that a flow of coolant passes from one loop to another of these two loops. Advantageously, the cooling loop of the compressed air and the cooling loop of the turbocharger bearing are arranged in series with each other. Advantageously, the compressed air cooling loop and the cooling loop of the turbocharger bearing are equipped with the same pump circulating the cooling liquid simultaneously in the two loops. Advantageously, the engine comprises a cooling radiator and the coolant circulating in the cooling loop of the compressed air and the coolant circulating in the cooling loop of the bearing are cooled by the same radiator. Advantageously, the coolant circulating in the cooling loop of the compressed air and in the cooling loop of the bearing is cooled by only one and the same radiator. Advantageously, the engine comprises a radiator, a coolant pump and a compressed air cooler, and the coolant pump is arranged in series between the radiator and the compressed air cooler. Advantageously, the engine comprises an engine block and a cooling loop of the engine block, and neither the cooling loop of the compressed air nor the cooling loop of the turbocharger bearing is in connection with coolant with the cooling loop of the engine block so that no flow of coolant passes from any loop among the compressed air cooling loop and the cooling loop of the bearing to the cooling loop of the engine block. Advantageously, the engine comprises an engine block and a cooling loop of the engine block, and at least one of the loops of the cooling loop of the compressed air and the cooling loop of the bearing is in liquid connection. cooling circuit of the engine block so that a flow of coolant passes at least one loop among the compressed air cooling loop and the bearing cooling loop to the cooling loop of the engine block. The invention also relates to a motor vehicle comprising such a combustion engine. Other features, objects and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, with reference to the single appended figure, which shows a motor according to one embodiment of the invention. The supercharged engine shown in the attached figure comprises a motor unit 10 provided with a series of combustion chambers and an air circuit provided with a turbocharger 20. The turbocharger 20 consists of three separate parts 21, 24 , 25. Part 21 is a turbocharger turbine casing. The turbine casing 21 receives and evacuates the exhaust gases from each combustion respectively by an inlet 22 and an outlet 23 of the turbine casing. The portion 24 constitutes a central bearing. This central bearing receives an axis, not shown, of the turbocharger on which are present two wheels, a turbine wheel and a compressor wheel. The bearing 24 guiding, lubricating and cooling this axis. The portion 25 is a compressor portion which receives at an inlet 26 the air at atmospheric pressure, and delivers at an outlet 27 of the compressed air. The engine further comprises an exhaust manifold 30 from which exhaust gas flows to the inlet 22 of the turbine housing 21 and actuate the turbine wheel. They are then directed to the outlet 23 of the turbine casing to be cleaned by means of a catalyst and a particle filter, both of which are represented under the reference 40. The air coming from outside, at pressure atmospheric, is purified through an air filter 50 and is then conveyed to the air inlet 26 of the turbocharger 20, to come out in the compressed state, at the outlet 27. [0022] A cooler The supercharger 60 is disposed downstream of the compressed air outlet of the turbocharger, here at the engine block 10. The charge cooler 60 is here embarked on the engine block, so that, functionally, the cooled air is at closer to the engine's air intake valves. An air metering device 70 is also placed at the inlet of the combustion chambers, also at the engine block 10. The compressed air, after being cooled in the charge cooler 60 and passed through the metering device air 70, is introduced at an air inlet of each of the engine chambers. A radiator 80 is disposed at the front of the vehicle and supplies the charge cooler 60 with cooled liquid via a line 61 to the charge cooler 60. This pipe 61 carries a pump 90 generating the coolant circulation between the radiator 80 and the aftercooler. The charge cooler 60 further has a coolant outlet line 62 which joins the central bearing 24. The central bearing 24 is here provided with a coolant circulation space for efficient heat exchange. between the coolant and the bearing components. The outlet pipe 62 therefore joins the bearing 24 to cool the latter with the cooling liquid from the radiator 80 and having already cooled the compressed air through the aftercooler 60. A pipe 81 return to the radiator 80 extends at the outlet of the central bearing 24, to subject the coolant to a new cooling phase. The output of the compressed air cooler 60 thus forms a junction between a cooling loop of the compressed air formed by the pipe 61, the pump 90 and the compressed air cooler 60 and a bearing cooling loop. 24 formed by the pipe 62, the coolant circulation space of the bearing 24, and the pipe 81 back to the radiator 80. The two cooling loops are here arranged in series and a single pump 90 provides the circulation of coolant in these two loops. Alternatively, the cooling loops of the compressed air and the bearing respectively are arranged in parallel, and at least one coolant circulation junction ensures a circulation of coolant from one to the other of these two. loops. The cooling loops of the compressed air and the bearing are both low temperature loops. None of the cooling loops of the compressed air and the bearing is here in connection with a cooling loop of the engine block. Alternatively a coolant circulation connection between a cooling loop of the engine block and at least one of the cooling loops of the compressed air and the bearing can be adopted so that the number is further reduced. of components necessary for the cooling of these different organs. It is therefore proposed in the present embodiment a cooling architecture providing, from a low temperature radiator, an air / water type air cooler, and a single fuel pump. electric water, both the cooling of the supercharged air and the cooling of the central bearing of the turbocharger. By reducing the number of components required for cooling the compressed air and the bearing of the turbocharger, the implementation of the various components is made easier. By reducing the number of components, the vehicle also becomes easier to recycle and clean up once out of service, thus improving the ecological character of the vehicle.

Claims

REVENDICATIONS1. Motor vehicle combustion engine comprising a turbocharger (20) producing a flow of compressed air (27), a cooling loop of the compressed air flow (61,90,60) by circulation of coolant, a bearing ( 24) of the turbocharger (20) and a cooling loop of the bearing (62,24,81) by circulation of cooling liquid, characterized in that the cooling loop of the compressed air (61,90,60) and the Bearing cooling loop (62,24,81) are in contact with coolant with each other so that a flow of coolant passes from one loop to another of these two loops.

2. Combustion engine according to claim 1, characterized in that the compressed air cooling loop (61,90,60) and the cooling loop of the bearing (62,24,81) of the turbocharger are arranged in series. one from the other.

3. Combustion engine according to claim 1 or claim 2, characterized in that the cooling loop of the compressed air (61,90,60) and the cooling loop of the bearing (62,24,81) of the turbocharger are equipped with the same pump (90) circulating the coolant simultaneously in both loops.

4. Combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a cooling radiator (80) and the cooling liquid circulating in the cooling loop of the compressed air (61,90,60 ) and the coolant circulating in the bearing cooling loop (62,24,81) are cooled by the same radiator (80).

5. Combustion engine according to the preceding claim, characterized in that the coolant circulating in the compressed air cooling loop (61,90,60) and in the bearing cooling loop (62,24,81 ) is only cooled by one and the same radiator (80).

6. Combustion engine according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a radiator (80), a coolant pump (90) and a compressed air cooler (60), and the coolant pump (90) is arranged in series between the radiator (80) and the compressed air cooler (60).

Combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the engine comprises an engine block (10) and a cooling circuit of the engine block, and neither the cooling loop of the compressed air (61, 90, 60) or the cooling loop of the turbocharger bearing (62, 24, 81) is in connection with coolant with the cooling loop of the engine block (10) so that no flow of coolant does not pass any loop among the compressed air cooling loop (61,90,60) and the bearing cooling loop (62,24,81) to the cooling loop of the engine block (10).

8. Combustion engine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the engine comprises an engine block (10) and a cooling loop of the engine block, and at least one of the loops in the loop of cooling of the compressed air (61,90,60) and the bearing cooling loop (62,24,81) is in connection with coolant with the cooling loop of the engine block (10) so that a coolant flow passes at least one loop from the compressed air cooling loop (61,90,60) and the bearing coolant loop (62,24,81) to the block cooling loop motor (10).

9. Motor vehicle comprising a combustion engine according to any one of the preceding claims.