FR3049312A1 - DEVICE AND COOLING SYSTEM FOR GAS SUPPLYING A COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (DIS) compact de refroidissement pour gaz d'alimentation d'un moteur à combustion d'un véhicule, utilisant un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'il comporte : - un compartiment (CP1) abritant une zone d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation amenant de l'air de suralimentation audit moteur à combustion, - un compartiment (CP2) abritant une zone d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d'une canalisation de recirculation de gaz d'échappement.The invention relates to a compact cooling device (DIS) for supply gas of a combustion engine of a vehicle, using a coolant, characterized in that it comprises: a compartment (CP1) housing a zone heat exchange between said coolant and a cooling chamber of a pipe supplying supercharging air to said combustion engine, - a compartment (CP2) housing a heat exchange zone between said heat transfer fluid and a cooling chamber. cooling of an exhaust gas recirculation pipe.
Description
Dispositif et circuit de refroidissement pour gaz d’alimentation d’un moteur à combustionDevice and cooling circuit for feed gas of a combustion engine
La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l’automobile, et concerne plus précisément un dispositif de refroidissement pour gaz d’alimentation d’un moteur à combustion.The present invention relates generally to the field of the automobile, and more specifically relates to a cooling device for feed gas of a combustion engine.
Dans certains véhicules à moteur thermique, notamment à moteur diesel, il est nécessaire de faire appel à des échangeurs de chaleur pour refroidir l’air de suralimentation en sortie du turbocompresseur avant son admission dans le moteur, ainsi que pour refroidir les gaz d’échappement recyclés. Ces échangeurs de chaleur sont situés sur une face avant ou arrière ou sur un coté de la culasse du moteur thermique dans le compartiment moteur, et génèrent un encombrement important de celui-ci. En effet, chaque échangeur doit être dimensionné de manière à refroidir efficacement l’air de suralimentation ou les gaz d’échappement, et nécessite, en fonction de la technologie retenue pour le refroidissement, une alimentation en air ou en eau, fournie par des tuyaux passant de la partie arrière à la partie avant du compartiment moteur.In certain vehicles with a combustion engine, in particular with a diesel engine, it is necessary to use heat exchangers to cool the charge air at the outlet of the turbocharger before it enters the engine, as well as to cool the exhaust gases. recycled. These heat exchangers are located on a front or rear side or on one side of the cylinder head of the engine in the engine compartment, and generate a large footprint thereof. Indeed, each exchanger must be dimensioned so as to effectively cool the charge air or the exhaust gas, and requires, depending on the technology chosen for cooling, a supply of air or water, provided by pipes. passing from the rear part to the front part of the engine compartment.
Il existe donc un besoin de compacité des systèmes de refroidissement dans le compartiment moteur.There is therefore a need for compactness of the cooling systems in the engine compartment.
Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un dispositif compact de refroidissement et un circuit de refroidissement pour gaz d’alimentation d’un moteur à combustion, qui permettent de réduire le nombre et l’encombrement des tuyaux dans le compartiment moteur. A cette fin, l'invention propose un dispositif compact de refroidissement pour gaz d’alimentation d’un moteur à combustion d’un véhicule, utilisant un fluide caloporteur, caractérisé en ce qu’il comporte : un compartiment abritant une zone d’échange thermique entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d’une canalisation amenant de l’air de suralimentation audit moteur à combustion, un compartiment abritant une zone d’échange thermique entre ledit fluide caloporteur et une chambre de refroidissement d’une canalisation de recirculation de gaz d’échappement.One of the aims of the invention is to overcome at least some of the disadvantages of the prior art by providing a compact cooling device and a cooling circuit for feed gas of a combustion engine, which make it possible to reduce the number and size of pipes in the engine compartment. To this end, the invention proposes a compact cooling device for a supply gas of a combustion engine of a vehicle, using a heat transfer fluid, characterized in that it comprises: a compartment housing an exchange zone thermal between said coolant and a cooling chamber of a pipe supplying supercharging air to said engine, a compartment housing a heat exchange zone between said coolant and a cooling chamber of a recirculation pipe exhaust gas.
Grâce à l'invention, les gaz de suralimentation et d’échappement sont refroidis par un seul dispositif, utilisant une même technologie de refroidissement, ce qui permet un système de refroidissement plus compact nécessitant moins de tuyaux dans le compartiment moteur.Thanks to the invention, the supercharging and exhaust gases are cooled by a single device, using the same cooling technology, which allows a more compact cooling system requiring fewer pipes in the engine compartment.
Selon une caractéristique avantageuse dudit dispositif, lesdits compartiments sont solidaires d’un boîtier comportant une entrée et au moins une sortie dudit fluide caloporteur apte à être connectée à un circuit de circulation dudit fluide caloporteur, ledit boîtier comportant en outre une sonde de température en aval desdites zones d’échange thermiques.According to an advantageous characteristic of said device, said compartments are integral with a housing having an inlet and at least one outlet of said heat transfer fluid adapted to be connected to a circulation circuit of said heat transfer fluid, said housing further comprising a downstream temperature probe said heat exchange zones.
Ainsi en fonction de la température de sortie dudit dispositif, ledit fluide caloporteur est par exemple utilisé pour favoriser la montée en température du moteur thermique, ou pour réduire la consommation électrique d’aérothermes activés pour le confort thermique de l’habitacle.Thus, depending on the outlet temperature of said device, said coolant is for example used to promote the rise in temperature of the engine, or to reduce the power consumption of unit heaters activated for the thermal comfort of the passenger compartment.
Selon une autre caractéristique avantageuse dudit dispositif, celui-ci comporte en outre un compartiment abritant une zone d’échange thermique entre ledit fluide caloporteur et un circuit de circulation d’huile dudit moteur à combustion.According to another advantageous characteristic of said device, it further comprises a compartment housing a heat exchange zone between said heat transfer fluid and an oil circulation circuit of said combustion engine.
Ainsi le dispositif compact de refroidissement selon l’invention permet également de refroidir l’huile dudit moteur à combustion. L'invention concerne aussi un circuit de refroidissement comportant : un dispositif compact de refroidissement selon l’invention. un circuit de circulation dudit fluide caloporteur apte à faire circuler ledit fluide caloporteur depuis ladite au moins une sortie dudit boîtier vers un radiateur dudit véhicule, puis dudit radiateur vers la culasse dudit moteur à combustion, ladite culasse étant connectée à ladite entrée dudit boîtier dudit dispositif.Thus, the compact cooling device according to the invention also makes it possible to cool the oil of said combustion engine. The invention also relates to a cooling circuit comprising: a compact cooling device according to the invention. a circulation circuit of said heat transfer fluid adapted to circulate said heat transfer fluid from said at least one outlet of said housing to a radiator of said vehicle, then said radiator to the cylinder head of said combustion engine, said cylinder head being connected to said input of said housing of said device .
Avantageusement, ledit circuit de circulation est en outre apte à faire circuler ledit fluide caloporteur en sortie dudit dispositif de refroidissement vers au moins un aérotherme.Advantageously, said circulation circuit is also able to circulate said coolant at the outlet of said cooling device to at least one heater.
Enfin avantageusement, ledit circuit de refroidissement comporte en outre un circuit de dérivation court-circuitant ledit radiateur, ainsi qu’une vanne apte à diriger ledit fluide caloporteur dans le circuit de dérivation puis dans ledit circuit de circulation sans passer par ledit radiateur, lorsque la température en sortie dudit boîtier est inférieure à un seuil de température prédéterminé.Finally, advantageously, said cooling circuit further comprises a bypass circuit bypassing said radiator, as well as a valve adapted to direct said heat transfer fluid into the bypass circuit and then into said circulation circuit without passing through said radiator, when the temperature at the outlet of said housing is below a predetermined temperature threshold.
Le circuit de refroidissement selon l’invention présente des avantages analogues à ceux du dispositif compact selon l’invention. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente un dispositif compact de refroidissement selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif compact de refroidissement selon l'invention, - et la figure 3 représente un circuit de refroidissement selon l'invention.The cooling circuit according to the invention has advantages similar to those of the compact device according to the invention. Other characteristics and advantages will appear on reading a preferred embodiment described with reference to the figures in which: FIG. 1 represents a compact cooling device according to the invention; FIG. 2 represents a sectional view of the compact cooling device according to the invention; and FIG. 3 represents a cooling circuit according to the invention.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, le dispositif DIS compact de refroidissement d’un véhicule à moteur à combustion selon l’invention comporte : - un compartiment CP1 dans lequel l’air de suralimentation en provenance d’un turbocompresseur est refroidi avant d’être amené dans le moteur à combustion ; le compartiment CP1 comporte donc une entrée d’air apte à être connectée à un tuyau d’arrivée d’air, et une sortie d’air apte à être connectée à un tuyau d’alimentation d’air pour le moteur à combustion ; - un compartiment CP2 dans lequel des gaz d’échappement à recycler d’un système RGE (« Recirculation des Gaz d’Echappement ») sont refroidis avant d’être amenés dans le moteur à combustion ; le compartiment CP2 comporte donc un embout d’entrée permettant l’arrivée de gaz d’échappement à recycler et un embout de sortie apte à être connecté à un tuyau d’alimentation RGE pour le moteur à combustion ; - un boîtier d’entrée et de sortie d’eau BES comportant une sonde de température ST reliée par une connexion de données non représentée, à un calculateur gérant le système de refroidissement des organes du véhicule.According to a preferred embodiment of the invention shown in FIG. 1, the compact cooling device DIS of a combustion engine vehicle according to the invention comprises: a compartment CP1 in which the supercharging air coming from a turbocharger is cooled before being fed into the combustion engine; the compartment CP1 therefore comprises an air inlet adapted to be connected to an air inlet pipe, and an air outlet adapted to be connected to an air supply pipe for the combustion engine; a compartment CP2 in which the exhaust gases to be recycled from an EGR system ("Exhaust Gas Recirculation") are cooled before being fed into the combustion engine; the compartment CP2 therefore comprises an inlet nozzle allowing the arrival of exhaust gas to be recycled and an outlet nozzle adapted to be connected to an EGR supply pipe for the combustion engine; - A BES water inlet and outlet housing comprising a temperature sensor ST connected by a data connection not shown, to a computer managing the cooling system of the vehicle components.
Il est à noter que le dispositif DIS de refroidissement permet au moins de dimensionner l’échangeur air-air dédié au refroidissement du système de suralimentation du véhicule à volume plus réduit que dans l’art antérieur, si ce n’est de le supprimer entièrement.It should be noted that the cooling device DIS at least makes it possible to size the air-air heat exchanger dedicated to cooling the supercharging system of the vehicle with a smaller volume than in the prior art, if it is not to remove it entirely. .
Le dispositif de refroidissement DIS est par exemple fixé en face avant ou en face arrière, ou sur le cote culasse du moteur à combustion. Dans ce mode de réalisation préféré, le compartiment CP1, le boîtier d’entrée et de sortie d’eau BES et le compartiment CP2 sont empilés verticalement les uns au-dessus des autres de manière compacte, ce qui permet un gain de place dans le compartiment moteur. En effet, ce dispositif DIS permet de refroidir par le même fluide caloporteur, qui est dans cet exemple de réalisation de l’eau, à la fois l’air de suralimentation et les gaz d’échappement à recycler. Il ne nécessite donc qu’une entrée d’eau EE et une sortie d’eau SE au niveau du boîtier d’entrée et de sortie d’eau BES. Dans ce mode de réalisation de l’invention, l’entrée d’eau EE est située côté culasse du moteur à combustion.The cooling device DIS is for example fixed on the front face or on the rear face, or on the cylinder head side of the combustion engine. In this preferred embodiment, the compartment CP1, the water inlet and outlet box BES and the compartment CP2 are stacked vertically one above the other in a compact manner, which allows a saving of space in the room. engine compartment. Indeed, this DIS device allows to cool by the same heat transfer fluid, which is in this embodiment of water, both the charge air and the exhaust gas to be recycled. It therefore only requires one EE water inlet and one SE water outlet at the BES water inlet and outlet box. In this embodiment of the invention, the EE water inlet is located on the cylinder head side of the combustion engine.
En référence à la figure 2, le dispositif DIS compact de refroidissement selon l'invention est vu en coupe verticalement, la coupe étant réalisée parallèlement aux axes de circulation des gaz d’alimentation du moteur à combustion. L’entrée d’eau (EE) du boîtier BES et la sortie d’eau SE du boîtier d’entrée et de sortie d’eau BES sont connectées à un circuit de circulation CCI d’eau interne au dispositif DIS. Ce circuit de circulation CCI permet à l’eau refroidie issue d’un circuit de refroidissement CR représenté à la figure 3, de refroidir l’air de suralimentation via une zone ZE1 d’échange thermique, et les gaz d’échappement à recycler via une zone ZE2 d’échange thermique, avant de sortir du dispositif DIS pour réchauffer éventuellement le moteur à combustion, avant d’être à nouveau refroidie dans le radiateur RAD situé à l’avant du véhicule. La sonde de température ST mesurant la température T en sortie du dispositif DIS est située en aval du circuit de circulation interne CCI, juste avant la sortie d’eau SE du boîtier BES.With reference to FIG. 2, the compact cooling device DIS according to the invention is seen in section vertically, the section being made parallel to the flow axes of the feed gases of the combustion engine. The water inlet (EE) of the BES box and the water outlet SE of the BES water inlet and outlet box are connected to a circulation circuit CCI of water internal to the device DIS. This circulation circuit CCI allows the cooled water from a cooling circuit CR shown in FIG. 3, to cool the charge air via a zone ZE1 for heat exchange, and the exhaust gases to be recycled via a zone ZE2 heat exchange, before leaving the DIS device to possibly heat the combustion engine, before being cooled again in RAD radiator located at the front of the vehicle. The temperature sensor ST measuring the temperature T at the outlet of the device DIS is situated downstream of the internal circulation circuit CCI, just before the water outlet SE of the housing BES.
La sortie d’eau SE permet au fluide caloporteur d’aller apporter des calories à un ou plusieurs aérothermes situés sur le circuit de refroidissement CR, et éventuellement d’alimenter un dispositif réduit de refroidissement d’alimentation turbo pour le moteur à combustion, ou encore un autre dispositif de refroidissement (pour une boîte de vitesse par exemple). Le dispositif DIS comporte optionnellement une sortie d’eau secondaire SES destinée à alimenter un échangeur de chaleur pour l’huile moteur.The water outlet SE allows the heat transfer fluid to supply calories to one or more air heaters located on the cooling circuit CR, and possibly supply a reduced turbo cooling device for the combustion engine, or yet another cooling device (for a gearbox for example). The DIS device optionally comprises a secondary water outlet SES intended to supply a heat exchanger for the engine oil.
Le circuit de circulation interne CCI forme un réseau de virages serrés contre une paroi du dispositif DIS commune aux chambres de refroidissement de l’air de suralimentation et des gaz d’échappement présentes respectivement dans les compartiments CP1 et CP2. En variante le circuit interne CCI forme des spirales ou des virages d’abord dans une des chambres de refroidissement puis dans l’autre.The internal circulation circuit CCI forms a network of tight turns against a wall of the device DIS common to the cooling chambers of the charge air and the exhaust gas respectively present in the compartments CP1 and CP2. In a variant, the internal circuit CCI forms spirals or turns first in one of the cooling chambers and then in the other.
Il est à noter que dans une variante de réalisation de l’invention, le circuit de circulation CCI est interne à la culasse du moteur à combustion.It should be noted that in an alternative embodiment of the invention, the circulation circuit CCI is internal to the cylinder head of the combustion engine.
Dans ce cas le fluide caloporteur refroidit l’air de suralimentation et les gaz d’échappement par contact entre la culasse et les chambres de refroidissement des compartiments CP1 et CP2. A son entrée dans le boîtier BES l’eau ressort alors directement par la sortie SE sans passer par un réseau de virages ou de serpentins.In this case, the heat transfer fluid cools the charge air and the exhaust gases by contact between the cylinder head and the cooling chambers of the compartments CP1 and CP2. At its entry into the BES box the water then emerges directly through the exit SE without going through a network of turns or coils.
Un circuit de refroidissement CR selon l’invention est représenté sur la figure 3. Il intègre un dispositif DIS selon l’invention dans un circuit CC de circulation d’eau, comportant une pompe de circulation non représentée qui permet à l’eau de circuler depuis la sortie SE du boîtier BES vers un radiateur RAD du véhicule, puis du radiateur RAD vers la culasse du moteur à combustion, la culasse étant connectée à l’entrée EE du boîtier BES du dispositif DIS. L’eau en sortie du dispositif DIS est dirigé vers un ou plus aérothermes CTP, et éventuellement vers d’autres dispositifs de refroidissement, avant de revenir vers le radiateur RAD pour y être refroidie via l’air entrant dans le véhicule.A cooling circuit CR according to the invention is shown in FIG. 3. It incorporates a DIS device according to the invention in a water circulation circuit CC, comprising a circulation pump, not shown, which allows the water to circulate. from the SE exit of the BES box to a radiator RAD of the vehicle, then from the radiator RAD to the cylinder head of the combustion engine, the cylinder head being connected to the input EE of the BES box of the device DIS. The water leaving the DIS device is directed to one or more CTP air heaters, and possibly to other cooling devices, before returning to the radiator RAD to be cooled via the air entering the vehicle.
Une vanne V à trois voies permet à l’eau en sortie du ou des aérothermes CTP de revenir directement vers le moteur à combustion GMPT, en passant dans un circuit de dérivation CD qui court-circuite le radiateur RAD, pour permettre à l’eau de préchauffer le moteur à combustion GMPT.A three-way V valve allows the water at the outlet of the CTP fan heater (s) to return directly to the GMPT combustion engine, passing through a bypass circuit CD which bypasses the radiator RAD, to allow the water to flow. Preheat the GMPT combustion engine.
Le calculateur gérant le système de refroidissement des organes du véhicule commande la vanne V de manière à faire passer l’eau dans le circuit de dérivation CD lorsque le moteur à combustion est froid c’est-à-dire en phase de démarrage, et que la température en sortie dudit dispositif DIS est inférieure à un seuil de température prédéterminé. Lorsque le moteur ne nécessite plus de préchauffage, le calculateur commande la vanne V de manière à interdire la circulation de l’eau dans le circuit de circulation CD, et à envoyer l’eau en sortie du dispositif DIS vers le ou les aérothermes puis vers le radiateur RAD.The computer managing the cooling system of the bodies of the vehicle controls the valve V so as to pass the water in the bypass circuit CD when the combustion engine is cold, that is to say, in the starting phase, and that the temperature at the outlet of said device DIS is below a predetermined temperature threshold. When the engine no longer requires preheating, the computer controls the valve V so as to prevent the circulation of water in the circulation circuit CD, and to send the water outlet of the device DIS to the unit or heaters and then to the radiator RAD.
Dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, le fluide caloporteur utilisé par le dispositif compact de refroidissement selon l’invention est de l’eau, mais en variante, d’autres fluides caloporteurs sont bien sûr utilisables. Le dispositif compact de refroidissement est de plus implémenté différemment dans d’autres modes de réalisation, par exemple ses compartiments sont disposés horizontalement au-dessous du boîtier d’eau et comportent une zone d’échange thermique supplémentaire apte à refroidir un circuit d’huile moteur.In this preferred embodiment of the invention, the coolant used by the compact cooling device according to the invention is water, but alternatively, other heat transfer fluids are of course usable. The compact cooling device is also implemented differently in other embodiments, for example its compartments are arranged horizontally below the water box and comprise an additional heat exchange zone able to cool an oil circuit. engine.
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