EP3183442B1 - Conduit d'air pour le refroidissement d'un accessoire de véhicule automobile - Google Patents

Conduit d'air pour le refroidissement d'un accessoire de véhicule automobile Download PDF

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EP3183442B1
EP3183442B1 EP15753387.8A EP15753387A EP3183442B1 EP 3183442 B1 EP3183442 B1 EP 3183442B1 EP 15753387 A EP15753387 A EP 15753387A EP 3183442 B1 EP3183442 B1 EP 3183442B1
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EP
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air
duct
accessory
cooling
power train
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Jean-Louis Leronseur
Lucile BERNAZZANI
Sebastien RAGNEAU
Pascal Godard
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Renault SAS
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Renault SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P1/00—Air cooling
    • F01P1/06—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/12—Filtering, cooling, or silencing cooling-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P1/00—Air cooling
    • F01P2001/005—Cooling engine rooms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/12—Turbo charger

Definitions

  • the invention is in the field of motor vehicle accessory cooling. More particularly, the invention relates to crankcase cooling by convection.
  • the casing of the turbocharger is cooled by the cooling circuit of the heat engine.
  • This configuration is found, in particular, for turbochargers working over large compression ranges or multistage turbochargers.
  • This configuration requires having to dimension the cooling circuit accordingly, to provide hoses for the routing of the coolant and also the modes of management of the cooling of the turbocharger.
  • the document US2008 / 0142285 describes an air duct for collecting part of an outgoing air flow pulsed by a fan and which is intended to redirect it to an engine compartment.
  • the invention aims to overcome the problems below by providing a solution for cooling a turbocharger operating over a large compression range or comprising at least two compression stages.
  • the invention aims to allow the correct operation of the turbocharger, without degradation of its operation or its performance.
  • the engine compartment of the vehicle comprises, in addition to the internal combustion engine, a turbocharger, for example a turbocharger with at least two stages.
  • the compressor is arranged downstream of the internal combustion engine, according to the direction of air flow.
  • the turbocharger operates in an environment which is not very conducive to heat exchange.
  • the invention proposes a duct dedicated to the supply of air.
  • the duct 1 comprises an air inlet 3, an air outlet 5 and an intermediate section 7 extending from the air inlet 3 to the air outlet 5.
  • the air duct 1 makes it possible to guide of air to the turbocharger in order to cool it, this is particularly advantageous for complex powertrain (GMP) architectures and where space is limited, so these constraints do not allow air to flow optimally around GMP.
  • GMP complex powertrain
  • the air duct 1 comprises an air filter element 9 intended to cool the casing of the turbocharger.
  • the filter element 9 is a grid 11, the grid 11 is dimensioned to include holes having an area greater than 2cm 2 .
  • the grid 11 is dimensioned to include twelve holes of 3cm 2 each. This definition of sizing has the advantage of limiting the passage of particles of relatively large size.
  • the duct 1 captures and redirects the dynamic air flow which is obtained by the movement of the vehicle.
  • Duct 1 captures and redirects the dynamic air flow from the engine compartment or air located, that is to say flowing, at a level fairly close to the road, for example at a height of 210 mm to 280 mm.
  • the air inlet 3 is located approximately in this range of heights.
  • the air inlet 3 and the air outlet 5 comprise at least one opening through which circulates the air intended for cooling the accessory.
  • each opening can extend in a vertical plane.
  • the opening of the air inlet 3 extends in a plane perpendicular to that of the opening dedicated to the air outlet 5 so that the duct 1 reorients the collected air in order to direct it in the direction of the accessory to be cooled.
  • the air duct 3 is arranged on the engine such that its air inlet 3 is disposed in vertical projection outside the engine casing.
  • the dynamic air flow captured improves the cooling of the accessory by diffusing an air near the accessory to be cooled, here a turbocharger.
  • the dynamic air flow can allow particles located on the road which, through the pressure, the speed and the dynamic pressure, go up the air duct 1 to arrive on the housing of the turbocharger. Except when the turbocharger is operating at full load, the temperature of the crankcase exceeds a hundred degrees. This high temperature can melt the particles on the casing of the turbocharger and thus degrade the heat exchanges between the casing of the turbocharger and the air supplied by the air duct 1. The reduction in heat exchanges can lead to a degradation of the performance of the turbocharger or even lead to its breakage.
  • the previously described grid 11 is located at the inlet of the air duct 1, in order to limit the introduction of particles as early as possible.
  • the air duct 1 is fixed to a substantially vertical wall of the engine casing and for this purpose comprises fixing means 13. Once the air duct 1 is fixed to the crankcase the air inlet and outlet 5 are located at different levels. In the embodiment shown in figures 1 , 2 and 4 , the inlet of duct 1 is located lower than the outlet.
  • the air inlet 3 and the air outlet 5 may be located at the same level, that is to say both extend in the same horizontal plane parallel to the ground, in which the turbocharger is also partly located.
  • the air duct 1 is formed from two half-shells 15, 17 made of composite materials, for example of the fiberglass type.
  • the first half-shell 15 comprises the air outlet 5 and the second half-shell 17 comprises the air inlet 3 as well as the grille 11.
  • the two half-shells 15, 17 each have substantially identical sidewalks 19 and located opposite each other once the half-shells 15, 17 have been assembled together.
  • the sidewalks are intended to fix the two half-shells 15, 17 together by vibration welding (friction).
  • the sidewalks 19 are not continuous, that is to say there is an interruption to be able to take account of the architectural environment, for example a pebble (not shown) which would be near conduit 1.
  • the invention finds its particular application for a heat engine accessory, in particular turbochargers with at least two stages.
  • the arrangement of the air duct 1 on the engine crankcase allows cooling air to be diffused in the immediate vicinity of the accessory to be cooled.
  • this calorie-generating accessory can be an electric machine requiring additional cooling.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention est dans le domaine du refroidissement d'accessoire de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapport au refroidissement de carter par convection.
    • Etat de la technique
  • Il est connu des dispositifs de refroidissement de carters de turbocompresseur par convection. De manière connue, l'implantation du turbocompresseur sur le moteur thermique est déterminée de telle manière à ce que le l'air circulant autour du moteur refroidit le carter du turbo. La conception d'une telle disposition nécessite de devoir faire des compromis sur l'implantation d'autres pièces accessoires à la périphérie du turbocompresseur pour assurer un bon écoulement d'air et donc un bon refroidissement.
  • Selon une autre variante connue, le carter du turbocompresseur est refroidit par le circuit de refroidissement du moteur thermique. On trouve, notamment, cette configuration pour les turbocompresseurs travaillant sur de grandes plages de compression ou des turbocompresseurs à plusieurs étages. Cette configuration nécessite de devoir dimensionner le circuit de refroidissement en conséquence, de prévoir des durites pour l'acheminement du liquide de refroidissement et également les modes de gestion du refroidissement du turbocompresseur. Le document US2008/0142285 décrit un conduit d'air pour collecter une partie d'un flux d'air sortant pulsé par un ventilateur et qui est destiné à la rediriger vers un compartiment moteur.
    • Objet de l'invention
  • L'invention vise à pallier les problèmes ci-dessous en proposant une solution de refroidissement d'un turbocompresseur fonctionnant sur une grande plage de compression ou comportant au moins deux étages de compression. L'invention vise à permettre le bon fonctionnement du turbocompresseur, sans que celui soit dégradé dans son fonctionnement ou ses prestations.
  • On tend vers ce but avec l'objet de l'invention qui a trait à un groupe motopropulseur de véhicule automobile selon les caractéristiques de la revendication 1.
  • Le groupe motopropulseur objet de l'invention comporte l'une quelconque des caractéristiques techniques suivantes prises isolément ou en combinaison entre-elles :
    • le conduit comprend des moyens de fixation du conduit sur le carter d'un moteur du véhicule automobile,
    • l'entrée d'air et la sortie d'air sont situées à des niveaux différents une fois le conduit d'air fixée au carter moteur,
    • l'entrée d'air du conduit est située plus bas que la sortie une fois le conduit d'air fixée au carter moteur,
    • la première demi-coquille est destinée à porter les moyens de fixation,
    • la grille est dimensionnée pour comporter des trous ayant une surface supérieure à 2cm2,
    • l'accessoire est un turbocompresseur à au moins deux étages.
    Bref description des dessins
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une représentation schématique d'un conduit d'air selon l'invention,
    • la figure 2 est une représentation schématique d'une d'entre les deux demi-coquilles formant le conduit d'air,
    • la figure 3 est une représentation schématique d'une de l'autre d'entre les deux demi-coquilles formant le conduit d'air, et
    • la figure 4 est une représentation schématique d'une vue de face de l'entrée d'air du conduit d'air, dans sa position préférée d'agencement sur un carter moteur.
    Description détaillée
  • Dans la description qui va suivre, telle qu'illustrée dans les figures 1 à 4, qui porte sur un mode de réalisation d'un conduit 1 d'air pour le refroidissement d'un accessoire embarqué dans un véhicule, de préférence du type d'une automobile, dont la chaîne de traction est équipée d'un moteur à combustion interne suralimenté en air.
  • Pour ce faire, le compartiment moteur du véhicule comprend, outre le moteur à combustion interne, un turbocompresseur, par exemple un turbocompresseur à au moins deux étages.
  • Selon une architecture particulière, le compresseur est disposé en aval du moteur à combustion interne, selon le sens d'écoulement de l'air. Ainsi logé, entre le moteur et une cloison de séparation délimitant le compartiment moteur de l'habitacle, le turbocompresseur évolue dans un environnement peu propice à l'échange thermique. Afin d'améliorer l'échange thermique du turbocompresseur avec de l'air extérieur, l'invention propose un conduit dédié à l'apport d'air.
  • Le conduit 1 comporte une entrée d'air 3, une sortie d'air 5 et un tronçon 7 intermédiaire s'étendant depuis l'entrée d'air 3 vers la sortie d'air 5. Le conduit 1 d'air permet de guider de l'air vers le turbocompresseur afin de le refroidir, ceci est particulièrement avantageux pour architectures des groupes motopropulseurs (GMP) complexes et que l'espace alloué est restreint, si bien que ces contraintes ne permettent pas à l'air de s'écouler de manière optimum autour du GMP.
  • De plus, le conduit 1 d'air comporte un élément de filtration 9 de l'air destiné à refroidir le carter du turbocompresseur. Dans l'exemple illustré 1, 2 et 4, l'élément de filtration 9 est une grille 11, la grille 11 est dimensionnée pour comporter des trous ayant une surface supérieure à 2cm2. Par exemple dans ce mode de réalisation, la grille 11 est dimensionnée pour comporter douze trous de 3cm2 chacun. Cette définition du dimensionnement présente l'avantage de limiter le passage de particules de taille relativement importante.
  • Le conduit 1 capte et réoriente le flux d'air dynamique qui est obtenu par le déplacement du véhicule. Le conduit 1 capte et réoriente le flux d'air dynamique du compartiment moteur ou de l'air situé, c'est-à-dire s'écoulant, à un niveau assez proche de la route, par exemple à une hauteur située de 210 mm à 280 mm. L'entrée d'air 3 est située approximativement dans cette plage de hauteurs.
  • L'entrée d'air 3 et la sortie d'air 5 comprennent au moins une ouverture au travers de laquelle circule l'air destiné au refroidissement de l'accessoire. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, chaque ouverture peut s'étendre dans un plan vertical. L'ouverture de l'entrée d'air 3 s'étend dans un plan perpendiculaire à celui de l'ouverture dédiée à la sortie d'air 5 de sorte que le conduit 1 réoriente l'air collecté afin de le diriger en direction de l'accessoire à refroidir.
  • Selon une variante de réalisation, le conduit d'air 3 est agencé sur le moteur de telle sorte que son entrée d'air 3 est disposée en saillie verticale hors du carter moteur.
  • Le flux d'air dynamique capté améliore le refroidissement de l'accessoire en diffusant un air à proximité de l'accessoire à refroidir, ici un turbocompresseur. Le flux d'air dynamique peut permettre à des particules situées sur la route qui, de par la pression la vitesse et la pression dynamique, remontent le conduit 1 d'air pour arriver sur le carter du turbocompresseur. Hors lorsque le turbocompresseur fonctionne à pleine charge la température du carter dépasse une centaine de degré. Cette température élevée peut faire fondre les particules sur le carter du turbocompresseur et ainsi de dégrader les échanges thermiques entre le carter du turbocompresseur et l'air acheminé par le conduit 1 d'air. La réduction des échanges thermiques peut entraîner une dégradation des prestations du turbocompresseur voire entrainer la casse de celui-ci.
  • La grille 11 précédemment décrite est située au niveau de l'entrée du conduit 1 d'air, afin de limiter l'introduction de particule le plus tôt possible.
  • Le conduit 1 d'air est fixé sur une paroi, sensiblement verticale, du carter moteur et comporte à cet effet des moyens de fixation 13. Une fois le conduit 1 d'air fixé sur le carter moteur l'entrée et la sortie d'air 5 sont situées à des niveaux différents. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 1, 2 et 4, l'entrée du conduit 1 est située plus bas que la sortie.
  • Selon une variante d'agencement du conduit sur le carter moteur, l'entrée d'air 3 et la sortie d'air 5 peuvent être situées au même niveau, c'est-à-dire s'étendre tous les deux dans un même plan horizontal parallèle au sol, dans lequel est également en partie disposé le turbocompresseur.
  • Le conduit 1 d'air est formé de deux demi-coquilles 15, 17 en matériaux composites, par exemple du type en fibre de verre. Une première demi-coquille 15 destinée à porter les moyens de fixation 13 et une deuxième demi-coquille 17. Dans ce mode de réalisation, la première demi-coquille 15 comporte la sortie d'air 5 et la deuxième demi-coquille 17 comporte l'entrée d'air 3 ainsi que la grille 11.
  • Les deux demi-coquilles 15, 17 comportent, chacune, des trottoirs 19 sensiblement identiques et situés en vis-à-vis une fois les demi-coquilles 15, 17 assemblées ensemble. Les trottoirs sont destinés à fixer les deux demi-coquilles 15, 17 ensembles par un soudage par vibrations (friction). Dans le mode de réalisation présenté, les trottoirs 19 ne sont pas continus, c'est-à-dire qu'il y a une interruption pour pouvoir permettre de tenir compte de l'environnement architectural, par exemple un galet (non représenté) qui serait à proximité du conduit 1.
  • L'invention trouve particulière son application pour un accessoire de moteur thermique, notamment les turbocompresseurs au moins à deux étages.
  • Selon l'invention, l'agencement du conduit d'air 1 sur le carter moteur permet une diffusion d'air de refroidissement à proximité immédiate de l'accessoire à refroidir.
  • A titre d'exemple, cet accessoire générateur de calories peut être une machine électrique nécessitant un refroidissement additionnel.

Claims (7)

  1. Groupe motopropulseur de véhicule automobile comportant un carter d'un moteur, un accessoire et un conduit (1) d'air pour le refroidissement de l'accessoire, ledit conduit (1) comportant une entrée d'air (3), une sortie d'air (5) et un tronçon (7) reliant l'entrée à la sortie,
    le conduit (1) est caractérisé en ce qu'il comporte un élément de filtration (9) de l'air destiné à refroidir l'accessoire, l'élément de filtration (9) étant situé au niveau de l'entrée (3) du conduit d'air (1) comportant deux demi-coquilles (15, 17), une première demi-coquille 15 comporte la sortie d'air (5) et une deuxième demi-coquille (17) comporte l'entrée d'air (3) ainsi qu'une grille (11).
  2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de fixation (13) du conduit (1) sur le carter d'un moteur du véhicule automobile.
  3. Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée (3) et la sortie d'air (5) sont situées à des niveaux différents une fois le conduit (1) d'air fixée au carter moteur.
  4. Groupe motopropulseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'entrée d'air (3) du conduit (1) est située plus bas que la sortie une fois le conduit (1) d'air fixée au carter moteur.
  5. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première demi-coquille (15) est destinée à porter les moyens de fixation (13).
  6. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la grille (11) est dimensionnée pour comporter des trous ayant une surface supérieure à 2 cm2.
  7. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'accessoire est un turbocompresseur à au moins deux étages.
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