FR3079880A1 - DUAL FLOW ADMISSION MODULE - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un moteur thermique (10) comportant un étage de refroidissement des gaz recirculés haute pression (24) et un étage de prérefroidissement (20) de l'air frais mélangé et compressé avec un encombrement réduit ; les deux étages sont logés à l'intérieur d'un carter de refroidissement (27) dans lequel circule du liquide de refroidissement du moteur.The invention relates to a heat engine (10) comprising a high-pressure recirculated gas cooling stage (24) and a precooling stage (20) of mixed fresh air compressed with a small footprint; the two stages are housed inside a cooling casing (27) in which engine coolant circulates.

Description

MODULE D’ADMISSION DOUBLE FLUX DE MOTEUR THERMIQUEHEAT ENGINE DUAL FLOW INTAKE MODULE

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile.The present invention relates to a heat engine of a motor vehicle.

La présente invention concerne également un module d’admission d’air et de gaz d’un moteur thermique.The present invention also relates to an air and gas intake module of a heat engine.

La présente invention concerne plus particulièrement un module d’admission d’air et de gaz brûlés avec un système de refroidissement optimisé.The present invention relates more particularly to an air and burnt gas intake module with an optimized cooling system.

Etat de la techniqueState of the art

De manière connue, un moteur thermique peut comprendre un système de suralimentation afin d’accroître les performances dudit moteur. Le système de suralimentation comprend un étage de compression d’air avant son admission dans le moteur pour être mélangé avec du carburant. Cet étage de compression peut être associé avec un étage de turbine pour former ensemble un turbocompresseur ou être un module de compression électrique. L’air compressé est ensuite envoyé dans une chambre à combustion du moteur. Toutefois, la température de l’air est augmentée suite à la compression et la densité de l’air compressée introduit dans la chambre à combustion est alors ce qui réduit également l’efficacité du moteur.In known manner, a heat engine can include a supercharging system in order to increase the performance of said engine. The supercharging system includes an air compression stage before it enters the engine to be mixed with fuel. This compression stage can be associated with a turbine stage to form together a turbocharger or be an electrical compression module. The compressed air is then sent to an engine combustion chamber. However, the air temperature is increased following compression and the density of the compressed air introduced into the combustion chamber is then which also reduces the efficiency of the engine.

Il est connu de faire passer l’air compressé après l’étage de compression et en amont du moteur dans un étage de refroidissement appelé couramment « precooler » qui est formé par un échangeur air-eau. Dans ledit échangeur, l’air circule en contact avec des ailettes autour de tubes dans lesquels circule de l’eau de refroidissement provenant d’un circuit de refroidissement du moteur. Un tel circuit de refroidissement peut passer par exemple au travers du moteur pour refroidir des parties portées à haute température du moteur comme le cartercylindres et la culasse, l’eau de refroidissement se chargeant alors de calories, et puis par un radiateur pour permettre une dépose desdites calories et leur évacuation. La circulation de l’eau de refroidissement est effectuée grâce à une pompe à eau généralement entraînée par le moteur.It is known to pass the compressed air after the compression stage and upstream of the engine in a cooling stage commonly called "precooler" which is formed by an air-water exchanger. In said exchanger, the air circulates in contact with fins around tubes in which circulates cooling water coming from an engine cooling circuit. Such a cooling circuit can for example pass through the engine to cool parts brought to high temperature of the engine such as the cylinder blocks and the cylinder head, the cooling water then being loaded with calories, and then by a radiator to allow removal. said calories and their removal. The cooling water is circulated using a water pump generally driven by the engine.

Pour réduire des rejets de polluants générés par la combustion, il est connu de ramener des gaz brûlés à l’échappement c’est-à-dire en aval de la combustion dans les cylindres, vers les conduits d’admission. Lesdits gaz sont appelés des gaz recirculés. On a ainsi différents types de gaz brûlés recirculés :To reduce the discharge of pollutants generated by combustion, it is known to bring burnt gases to the exhaust, that is to say downstream of combustion in the cylinders, towards the intake ducts. Said gases are called recirculated gases. There are thus different types of recirculated burnt gases:

-des gaz recirculés haute pression prélevés depuis le circuit d’échappement en amont selon le sens d’écoulement des gaz de dispositifs de dépollution comme par exemple un catalyseur ou un piège à oxyde d’azote (Nox). De manière générale, les gaz brûlés recirculés haute pression sont prélevés directement depuis un collecteur d’échappement fixé à une face d’échappement de la culasse, du côté latéral opposé à la face d’admission. Les gaz recirculés haute pression sont envoyés ensuite vers les conduits d’admission ou dans le répartiteur d’admission. De manière connue, selon différentes phases de fonctionnement du moteur, les gaz recirculés haute pression peuvent passer ou non par un module de pré-refroidissement disposé en amont de l’admission dans lesdits conduits d’admission selon le sens de circulation des gaz de l’admission. Pour ce faire, un volet de by-pass est agencé en amont dudit module de prérefroidissement pour contourner ledit module de pré-refroidissement notamment lors des phases de fonctionnement avec un moteur froid. Ensuite, ledit volet de by-pass peut donc être porté à haute température et il convient de le refroidir pour garder son efficacité fonctionnelle.-high pressure recirculated gases taken from the upstream exhaust circuit in the direction of flow of the gases from pollution control devices such as a catalyst or a nitrogen oxide (Nox) trap. In general, the high pressure recirculated burnt gases are taken directly from an exhaust manifold fixed to an exhaust face of the cylinder head, on the lateral side opposite to the intake face. The high pressure recirculated gases are then sent to the intake ducts or to the intake manifold. In known manner, according to different operating phases of the engine, the high-pressure recirculated gases may or may not pass through a pre-cooling module disposed upstream of the intake in said intake ducts according to the direction of circulation of the gases of the 'admission. To do this, a bypass flap is arranged upstream of said precooling module to bypass said precooling module, especially during the operating phases with a cold engine. Then, said bypass flap can therefore be brought to high temperature and it should be cooled to keep its functional efficiency.

L’invention décrite ci-après concerne le refroidissement de gaz recirculés haute pression en amont de l’admission dans le moteur dans un module de refroidissement pour accroître le refroidissement desdits gaz recirculés.The invention described below relates to the cooling of high pressure recirculated gases upstream of the intake into the engine in a cooling module to increase the cooling of said recirculated gases.

-des gaz brûlés recirculés basse pression prélevés dans le circuit d’échappement et de manière connue après un dispositif de dépollution. Lesdits gaz recirculés basse pression sont renvoyés de manière connue dans le circuit d’admission en amont du compresseur. Ils sont alors mélangés avec l’air frais capté en face avant du véhicule. Cependant après compression, le mélange air avec gaz recirculés d’admission s’est réchauffé ce qui est néfaste à l’efficacité du moteur.- low pressure recirculated burnt gases taken from the exhaust circuit and in a known manner after a pollution control device. Said low-pressure recirculated gases are returned in a known manner to the intake circuit upstream of the compressor. They are then mixed with the fresh air captured on the front of the vehicle. However after compression, the air mixture with recirculated intake gases has warmed which is detrimental to the efficiency of the engine.

Pour réduire la température du mélange avant son admission dans le moteur, un échangeur thermique tel qu’un WCAC acronyme pour « Water cooled Charge Air Coder » en anglais ou module de refroidissement eau-air, est agencé dans le circuit d’admission d’air, entre l’élément de compression et le répartiteur d’admission du moteur, pour refroidir l’air compressé qui entre dans les chambres de combustion. Le refroidissement par ledit échangeur thermique WCAC représente le module de refroidissement principal pour l’air d’admission mais il peut ne pas être optimal.To reduce the temperature of the mixture before its admission into the engine, a heat exchanger such as a WCAC acronym for "Water cooled Charge Air Coder" in English or water-air cooling module, is arranged in the intake circuit of air, between the compression element and the engine intake manifold, to cool the compressed air that enters the combustion chambers. The cooling by said WCAC heat exchanger represents the main cooling module for the intake air but it may not be optimal.

L’invention décrite ci-après concerne aussi un étage de prérefroidissement du mélange compressé d’air d’admission avec des gaz recirculés basse pression an amont de l’échangeur eau-gaz pour augmenter le refroidissement de l’air d’admission compressé. Ledit air d’admission peut être le mélange de gaz recirculés basse pression avec de l’air frais capté.The invention described below also relates to a stage for precooling the compressed mixture of intake air with low pressure recirculated gases upstream of the water-gas exchanger to increase the cooling of the compressed intake air. Said intake air can be the mixture of low-pressure recirculated gases with captured fresh air.

La publication EP1966476-B1 propose ainsi un module de refroidissement des gaz recirculés haute pression qui peut être un WCAC. La température des gaz recirculés peut être encore élevée avant leur entrée dans le circuit d’admission du moteur ce qui réduit l’efficacité dudit moteur.Publication EP1966476-B1 thus proposes a cooling module for high pressure recirculated gases which can be a WCAC. The temperature of the recirculated gases can be further elevated before entering the engine intake circuit, which reduces the efficiency of said engine.

De plus, un refroidissement supplémentaire d’une part des gaz recirculés en amont du WCAC et d’autre part de l’air compressé entraîne une augmentation conséquente de l’encombrement du groupe motopropulseur comprenant le moteur et les divers accessoires nécessaires à son fonctionnement dans le compartiment moteur, ledit compartiment moteur devant être réduit pour des raisons d’esthétique du véhicule.In addition, additional cooling on the one hand of the recirculated gases upstream of the WCAC and on the other hand of the compressed air results in a consequent increase in the size of the powertrain comprising the engine and the various accessories necessary for its operation in the engine compartment, said engine compartment to be reduced for reasons of vehicle aesthetics.

L’objet de l’invention présentée ici est un moteur thermique à combustion interne avec un circuit de refroidissement optimisé desdits gaz d’admission frais et recirculés avant leur entrée dans le circuit d’admission du moteur thermique.The object of the invention presented here is an internal combustion engine with an optimized cooling circuit of said fresh and recirculated intake gases before they enter the intake circuit of the engine.

Présentation de l’inventionPresentation of the invention

La présente invention concerne plus particulièrement un moteur thermique de véhicule automobile comprenant :The present invention relates more particularly to a heat engine of a motor vehicle comprising:

-un carter-cylindres,-a cylinder block,

-une culasse fixée au-dessus du carter-cylindres-a cylinder head fixed above the cylinder block

-un circuit d’admission d’air comportant :-an air intake circuit comprising:

-un étage de refroidissement d’air frais agencé en aval d’un compresseur,-a fresh air cooling stage arranged downstream of a compressor,

-un étage de refroidissement de gaz recirculés haute pression prélevés depuis un collecteur d’échappement fixé à la culasse,-a cooling stage for high pressure recirculated gases taken from an exhaust manifold fixed to the cylinder head,

Caractérisé en ce que le moteur comprend un carter de refroidissement dans lequel circule du liquide de refroidissement apte à loger lesdits deux étages.Characterized in that the engine comprises a cooling casing in which circulates coolant capable of accommodating said two stages.

De manière avantageuse, le moteur thermique ou à combustion interne comporte un carter de refroidissement dans lequel sont logés un étage de refroidissement d’air frais compressé issu d’une phase de compression par un compresseur et un étage de refroidissement de gaz recirculés prélevés depuis un collecteur d’échappement fixé à la culasse, les deux étages de refroidissement étant connectés à un même circuit d’admission d’air du moteur et suivant les mêmes règles de fonctionnement. Plus simplement, les deux étages de refroidissement doivent fonctionner en même temps et s’arrêter en même temps. Le carter de refroidissement permet donc de réduire de façon significative l’encombrement du groupe moto-propulseur comprenant le moteur et les éléments nécessaires à son fonctionnement dans une liste comprenant les refroidisseurs ou échangeurs de chaleur.Advantageously, the internal combustion or internal combustion engine comprises a cooling casing in which are housed a stage for cooling compressed fresh air from a phase of compression by a compressor and a stage for cooling recirculated gases taken from a exhaust manifold fixed to the cylinder head, the two cooling stages being connected to the same engine air intake circuit and following the same operating rules. More simply, the two cooling stages must operate at the same time and stop at the same time. The cooling casing therefore makes it possible to significantly reduce the size of the powertrain comprising the engine and the elements necessary for its operation in a list comprising the coolers or heat exchangers.

Selon d’autres caractéristiques de l’invention :According to other characteristics of the invention:

-l’étage de refroidissement des gaz recirculés comprend un volet de dérivation ou by-pass qui est logé dans le carter de refroidissement.-the recirculated gas cooling stage includes a bypass or bypass flap which is housed in the cooling casing.

De manière connue, le moteur comprend un circuit de recirculation de gaz brûlés haute pression prélevés depuis un collecteur d’échappement fixé à la culasse du moteur; lesdits étant à de haute températures au niveau de l’échappement et doivent donc être refroidis ici par l’étage de refroidissement des gaz recirculés. Toutefois, lors des démarrages à froid du moteur, il est nécessaire de faire monter rapidement en température ledit moteur. Un conduit de dérivation permet de contourner l’étage de refroidissement pour amener directement les gaz brûlés aux conduits d’admission ou plus communément à l’admission du moteur. Le passage des gaz brûlés au travers de l’étage de refroidissement ou par le conduit de dérivation est contrôlé par un volet dit de by-pass qui peut être monté à de hautes températures susceptibles d’affecter le bon fonctionnement dudit volet. De manière avantageuse, ledit volet de by-pass est également plongé dans le carter pour être refroidi afin d’améliorer son efficacité et sa fiabilité.In known manner, the engine comprises a recirculation circuit of high pressure burnt gases taken from an exhaust manifold fixed to the cylinder head of the engine; said being at high temperatures at the exhaust and must therefore be cooled here by the cooling stage of the recirculated gases. However, during cold starts of the engine, it is necessary to quickly raise the temperature of said engine. A bypass duct is used to bypass the cooling stage to bring the burnt gases directly to the intake ducts or more commonly to the engine intake. The passage of the burnt gases through the cooling stage or through the bypass duct is controlled by a so-called bypass flap which can be mounted at high temperatures which may affect the proper functioning of said flap. Advantageously, said bypass flap is also immersed in the casing to be cooled in order to improve its efficiency and reliability.

-le moteur comprend un conduit de dérivation du circuit de refroidissement des gaz recirculés agencée à l’extérieur du carter.-the engine comprises a bypass duct of the cooling circuit for the recirculated gases arranged outside the casing.

De manière avantageuse, le moteur comprend un conduit de dérivation agencé à l’extérieur du carter de refroidissement et connecté d’un côté au volet de by-pass et de l’autre côté aux conduits d’admission du moteur. Ledit conduit de dérivation est avantageusement isolé des étages de refroidissement des gaz et notamment du circuit de refroidissement du moteur.Advantageously, the engine comprises a bypass duct arranged outside the cooling casing and connected on one side to the bypass flap and on the other side to the engine intake ducts. Said bypass duct is advantageously isolated from the gas cooling stages and in particular from the engine cooling circuit.

- le carter comprend une face d’entrée des gaz et de l’air compressé tournée vers la face d’échappement du moteur et une face de sortie opposée tournée vers la face d’admission du moteur et une paroi latérale de fixation disposée entre les faces d’entrée et de sortie et fixée à une paroi de la culasse du moteur.the casing comprises an inlet face for the gases and the compressed air facing the engine exhaust face and an opposite outlet face facing the engine intake face and a lateral fixing wall disposed between the inlet and outlet faces and fixed to a wall of the engine cylinder head.

De manière avantageuse, le carter de refroidissement est fixé à une paroi de la culasse du moteur par une paroi latérale de fixation dont la forme est sensiblement complémentaire à la paroi de la culasse. Cela permet de faciliter l’assemblage dudit carter au moteur thermique. Avantageusement, le carter longe la paroi de fixation de la culasse et définit également un conduit d’amenée des gaz recirculés depuis la face échappement de la culasse vers la face admission, ledit conduit est aussi parfaitement maintenu vis-à-vis de la culasse du moteur.Advantageously, the cooling casing is fixed to a wall of the cylinder head of the engine by a lateral fixing wall whose shape is substantially complementary to the wall of the cylinder head. This makes it easier to assemble said casing to the heat engine. Advantageously, the casing runs along the cylinder head fixing wall and also defines a conduit for supplying recirculated gases from the exhaust face of the cylinder head to the intake face, said conduit is also perfectly maintained with respect to the cylinder head engine.

-le carter comprend une première tubulure d’entrée d’air compressé connectée au compresseur par un conduit d’admission direct et une deuxième tubulure d’entrée de gaz recirculés haute pression connectée directement au collecteur d’échappement, toutes deux agencées à une extrémité du carter de refroidissement tournée vers la face échappement du moteur.-the housing comprises a first compressed air inlet pipe connected to the compressor by a direct intake duct and a second high pressure recirculated gas inlet pipe connected directly to the exhaust manifold, both arranged at one end of the cooling housing facing the exhaust side of the engine.

De manière avantageuse, le carter comprend une première extrémité tournée vers la face échappement de la culasse comportant des tubulures qui sont connectées de manière sensiblement directe à un collecteur d’échappement et au compresseur d’air frais grâce à des conduits qui sont de longueur réduite. La masse globale des conduits est ainsi optimisée.Advantageously, the casing comprises a first end facing the exhaust face of the cylinder head comprising pipes which are connected in a substantially direct manner to an exhaust manifold and to the fresh air compressor by means of ducts which are of reduced length. . The overall mass of the conduits is thus optimized.

-le carter de refroidissement comprend une première tubulure de sortie d’air compressé connectée en amont d’un échangeur de chaleur et une seconde tubulure de sortie de gaz recirculés distincte de la première tubulure et connectée avec un circuit d’admission d’air du moteur en aval de l’échangeur de chaleur.the cooling casing comprises a first compressed air outlet pipe connected upstream of a heat exchanger and a second recirculated gas outlet pipe separate from the first pipe and connected with an air intake circuit of the engine downstream of the heat exchanger.

De manière avantageuse, le carter de refroidissement comprend une seconde extrémité diamétralement opposée à la première extrémité tournée vers la face admission de la culasse comportant également deux tubulures qui sont connectées l’une à des conduits d’admission d’air en aval d’un échangeur de chaleur fixé à la culasse et recouvrant un plénum d’un répartiteur d’air, et l’autre à un conduit d’entrée en amont dudit échangeur de chaleur. Les longueurs des conduits de connexion entre le carter de refroidissement et les conduits d’admission d’air et l’échangeur de chaleur sont alors réduites et optimisées pour réduire l’encombrement de l’ensemble. De plus les gaz en sortie du carter de refroidissement sont à des températures réduites ce qui permet l’utilisation de matériaux souples et légers pour optimiser l’encombrement et le masse de l’ensemble.Advantageously, the cooling casing comprises a second end diametrically opposite the first end facing the intake face of the cylinder head also comprising two pipes which are connected one to air intake ducts downstream of a heat exchanger fixed to the cylinder head and covering a plenum with an air distributor, and the other to an inlet duct upstream of said heat exchanger. The lengths of the connection ducts between the cooling casing and the air intake ducts and the heat exchanger are then reduced and optimized to reduce the overall size. In addition, the gases leaving the cooling casing are at reduced temperatures, which allows the use of flexible and light materials to optimize the overall size and mass.

-le carter de refroidissement comporte un embout d’entrée de liquide de refroidissement et un embout de sortie de liquide de refroidissement tous deux connectés avec un circuit de refroidissement du moteur.-the cooling case comprises a coolant inlet nozzle and a coolant outlet nozzle both connected with an engine cooling circuit.

De manière avantageuse, le carter de refroidissement comporte un embout d’entrée et un embout de sortie qui sont connectés à un circuit de refroidissement du moteur. De cette manière simple, le liquide de refroidissement du moteur entre dans le carter de refroidissement pour prendre un maximum de calories cédées par les gaz recirculés et l’air compressé pour les perdre ensuite au niveau classique d’un radiateur.Advantageously, the cooling casing comprises an inlet nozzle and an outlet nozzle which are connected to a cooling circuit of the engine. In this simple way, the engine coolant enters the cooling sump to take in maximum calories given off by the recirculated gases and the compressed air and then lose them at the conventional level of a radiator.

-les embouts d’entrée et de sortie de liquide de refroidissement du carter de refroidissement sont connectés au circuit de refroidissement du cartercylindres du moteur.-the coolant inlet and outlet ends of the coolant are connected to the cooling circuit of the engine's cylinder blocks.

De manière avantageuse, les embouts d’entrée et de sortie de liquide de refroidissement du carter de refroidissement sont connectés au circuit de refroidissement du carter-cylindres du moteur. De cette manière avantageuse, le contrôle du refroidissement du carter de refroidissement est analogue à celui du carter-cylindres notamment en cas de « split-cooling » ou double circuit de refroidissement dont un premier circuit concerne le refroidissement spécifique du carter-cylindres et un second circuit le refroidissement spécifique de la culasse.Advantageously, the coolant inlet and outlet ends of the cooling casing are connected to the cooling circuit of the engine cylinder block. In this advantageous manner, the control of the cooling of the cooling housing is similar to that of the cylinder block, in particular in the case of “split-cooling” or double cooling circuit, a first circuit of which relates to the specific cooling of the cylinder block and a second specific cooling of the cylinder head.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples and represented in the appended drawings, in which:

-la figure 1 est une vue schématique de dessus d’un moteur avec un circuit de refroidissement des gaz recirculés et de l’air compressé.FIG. 1 is a schematic top view of an engine with a cooling circuit for the recirculated gases and the compressed air.

-la figure 2 est une vue schématique du carter de refroidissement regroupant un étage de refroidissement des gaz recirculés et un étage de refroidissement de l’air compressé.FIG. 2 is a schematic view of the cooling casing grouping together a stage for cooling the recirculated gases and a stage for cooling the compressed air.

Description détaillée des figuresDetailed description of the figures

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.In the following description, identical reference numerals designate identical parts or having similar functions.

Les termes amont/aval se réfèrent au sens d’écoulement des gaz.The terms upstream / downstream refer to the direction of gas flow.

Selon la figure 1, un moteur thermique ou à combustion interne comprend un carter-cylindres (non représenté) et une culasse 11 fixé audit cartercylindres et au-dessus de celui-ci. De l’air d’admission rentre dans le moteur 10 par la face d’admission 12 de la culasse 11. Après combustion des gaz brûlés sont évacués par la face d’échappement 14 de la culasse diamétralement opposée à la face d’admission 12.According to Figure 1, an internal combustion or internal combustion engine comprises a cylinder block (not shown) and a cylinder head 11 fixed to said cylinder block and above it. Intake air enters the engine 10 through the intake face 12 of the cylinder head 11. After combustion of the burnt gases are evacuated by the exhaust face 14 of the cylinder head diametrically opposite to the intake face 12 .

Ledit moteur thermique 10 ici turbocom pressé comprend un turbocompresseur 15 avec une turbine 16 avec un axe de rotation 17 confondu avec l’axe de rotation d’un compresseur 18 d’air d’admission. Les gaz brûlés passent par la turbine 16 et l’entraînent en rotation et donc également une roue de compression du compresseur 18.Said heat engine 10, here pressed turbocom, comprises a turbocharger 15 with a turbine 16 with an axis of rotation 17 coinciding with the axis of rotation of a compressor 18 of intake air. The burnt gases pass through the turbine 16 and drive it in rotation and therefore also a compression wheel of the compressor 18.

D’autres types de compresseurs notamment un compresseur électrique peuvent être utilisés dans le cadre de l’invention pour comprimer l’air d’admission avant son entrée dans le moteur 10.Other types of compressors, in particular an electric compressor, can be used in the context of the invention to compress the intake air before it enters the engine 10.

Après son passage par le compresseur 18, la température de l’air d’admission est sensiblement élevée. La température élevée de l’air d’admission a pour conséquence de réduire l’efficacité du moteur thermique. Il est donc connu de refroidir l’air d’admission avec un échangeur de chaleur 19 eau-air ou « WCAC » acronyme pour Water Charge Air Cooler. Ledit échangeur est fixé contre une face d’admission 12 de la culasse 11 et peut comme représenté en figure 1 comprendre un répartiteur d’admission d’air avec son plénum (non représenté) connecté avec des conduits d’admission d’air creusés dans ladite culasse 11 et menant à des chambres de combustion, chacune des chambres est délimitée par un cylindre, un piston mobile en coulissement dans le cylindre et une paroi inférieure de la culasse.After passing through the compressor 18, the temperature of the intake air is appreciably high. The high temperature of the intake air reduces the efficiency of the engine. It is therefore known to cool the intake air with a water-air heat exchanger 19 or "WCAC" acronym for Water Charge Air Cooler. Said exchanger is fixed against an intake face 12 of the cylinder head 11 and may, as shown in FIG. 1, comprise an air intake distributor with its plenum (not shown) connected with air intake ducts dug in said cylinder head 11 and leading to combustion chambers, each of the chambers is delimited by a cylinder, a movable piston sliding in the cylinder and a bottom wall of the cylinder head.

Pour répondre aux normes anti-pollution de plus en plus sévères, un étage de refroidissement 20 supplémentaire est rajouté dans le circuit d’admission d’air dit « frais » en amont de l’échangeur de chaleur eau-air 19. Ledit étage de refroidissement est appelé « precooler » ou pré-refroidissement.To meet increasingly stringent anti-pollution standards, an additional cooling stage 20 is added to the so-called “fresh” air intake circuit upstream from the water-air heat exchanger 19. Said stage cooling is called "precooler" or pre-cooling.

Ledit air est dit frais car il capté depuis l’extérieur du véhicule en général au niveau de la face avant du véhicule.Said air is said to be fresh because it is captured from outside the vehicle in general at the front of the vehicle.

Pour satisfaire aux normes de dépollution, des gaz brûlés sont réinjectés à l’admission. Lesdits gaz brûlés sont aussi appelés gaz recirculés ou EGR. L’acronyme « EGR » signifie Exhaust Gas Recirculation pour recirculation de gaz brûlés. Il existe deux types de gaz recirculés :To meet pollution control standards, burnt gases are re-injected at the intake. Said burnt gases are also called recirculated gases or EGRs. The acronym "EGR" stands for Exhaust Gas Recirculation for flue gas recirculation. There are two types of recirculated gases:

-des gaz recirculés basse pression prélevés au niveau ou en aval d’un dispositif de dépollution 21 tel qu’un catalyseur. Lesdits gaz recirculés basse pression sont ensuite mélangés avec l’air frais. Le mélange d’air frais avec des gaz recirculés basse pression passe ensuite par le compresseur 18 et la température dudit mélange augmente en conséquence.- low pressure recirculated gases taken from or downstream of a pollution control device 21 such as a catalyst. Said low pressure recirculated gases are then mixed with fresh air. The mixture of fresh air with low pressure recirculated gases then passes through the compressor 18 and the temperature of said mixture increases accordingly.

-des gaz recirculés haute pression prélevés directement depuis un collecteur d’échappement 22. Les gaz recirculés haute pression sont à de très hautes températures et nécessitent d’être refroidis avant d’être réadmis dans des conduits d’admission d’air.-high pressure recirculated gases taken directly from an exhaust manifold 22. The high pressure recirculated gases are at very high temperatures and need to be cooled before being re-admitted into air intake ducts.

Les gaz recirculés haute pression passent un circuit de recirculation de gaz recirculés haute pression 23 qui comporte un étage de refroidissement supplémentaire 24, avant leur introduction dans les conduits d’admission d’air du moteur 10 en aval de l’échangeur de chaleur eau-air WCAC 19.The high pressure recirculated gases pass a high pressure recirculated gas recirculation circuit 23 which includes an additional cooling stage 24, before their introduction into the air intake ducts of the engine 10 downstream of the water heat exchanger. air WCAC 19.

Toutefois, lors des phases de démarrage à froid, il est requis d’avoir une montée en température rapide du moteur. Aussi il est connu de ne pas refroidir le carter-cylindres lors des démarrages à froid pour permettre une montée en température plus rapide dudit carter-cylindres, la culasse 11 comportant des conduits d’échappement des gaz brûlés atteint rapidement un niveau de température élevé.However, during the cold start phases, it is necessary to have a rapid rise in temperature of the engine. Also it is known not to cool the cylinder block during cold starts to allow a faster rise in temperature of said cylinder block, the cylinder head 11 comprising exhaust gas exhaust pipes quickly reaches a high temperature level.

Il est aussi connu de ne pas refroidir les gaz recirculés haute pression lors des mêmes démarrages à froid. Le circuit de recirculation 23 des gaz recirculés haute pression comprend donc un conduit de dérivation 25 pour contourner l’étage de refroidissement 24. Un volet de dérivation 26 est disposé en amont du conduit de dérivation 25 pour permettre le passage des gaz recirculés haute pression soit par le conduit de dérivation 25 soit par l’étage de refroidissement 24. Ledit volet de dérivation 26 étant en contact avec les gaz recirculés est également porté à haute température ce qui peut nuire à son fonctionnement.It is also known not to cool the high pressure recirculated gases during the same cold starts. The recirculation circuit 23 for the high pressure recirculated gases therefore comprises a bypass duct 25 for bypassing the cooling stage 24. A bypass flap 26 is disposed upstream of the bypass duct 25 to allow the passage of the high pressure recirculated gases either by the bypass conduit 25 or by the cooling stage 24. Said bypass flap 26 being in contact with the recirculated gases is also brought to high temperature which can adversely affect its operation.

L’invention concerne le moteur thermique 10 comportant un étage de refroidissement supplémentaire des gaz recirculés haute pression 24 et un étage de refroidissement 20 de l’air frais mélangé et compressé avec un encombrement réduit.The invention relates to the heat engine 10 comprising an additional cooling stage for high-pressure recirculated gases 24 and a cooling stage 20 for the fresh air mixed and compressed with a reduced bulk.

Selon la figure 1, le moteur 10 comprend un carter-cylindres (non représenté), une culasse 11 fixée audit carter-cylindres et au-dessus de ce dernier et un circuit d’admission d’air 50 qui comporte :According to FIG. 1, the engine 10 comprises a cylinder block (not shown), a cylinder head 11 fixed to said cylinder block and above the latter and an air intake circuit 50 which comprises:

-l’étage de refroidissement d’air frais 20 agencé en aval du compresseur 18,the fresh air cooling stage 20 arranged downstream of the compressor 18,

-l’étage de refroidissement 24 de gaz recirculés haute pression prélevés depuis le collecteur d’échappement 22.-the cooling stage 24 of high-pressure recirculated gases taken from the exhaust manifold 22.

Lesdits étages de refroidissement 20,24 sont regroupés et logés à l’intérieur d’un carter de refroidissement 27. Lesdits étages de refroidissement sont formés par exemple par des serpentins (non représentés) dans lesquels circulent les gaz recirculés et l’air frais et qui sont plongés dans un volume de liquide de refroidissement. Ledit volume de liquide est contenu dans le carter de refroidissement 27. Ledit carter 27 est sensiblement de forme parallépipédique avec une paroi latérale de fixation 28 comprise entre une face d’extrémité 29 d’entrée des gaz tournée vers la face échappement 14 de la culasse 11 et une face d’extrémité de sortie 30 tournée vers la face d’admission 12 de ladite culasse. La paroi latérale de fixation du carter 27 est sensiblement complémentaire à une paroi transversale de fixation 37 de la culasse.Said cooling stages 20, 24 are grouped together and housed inside a cooling casing 27. Said cooling stages are formed for example by coils (not shown) in which circulate the recirculated gases and the fresh air and which are immersed in a volume of coolant. Said volume of liquid is contained in the cooling casing 27. Said casing 27 is substantially of parallelepipedal shape with a lateral fixing wall 28 comprised between an end face 29 of the gas inlet facing the exhaust face 14 of the cylinder head 11 and an outlet end face 30 facing the inlet face 12 of said cylinder head. The lateral wall for fixing the casing 27 is substantially complementary to a transverse wall for fixing the cylinder head 37.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le carter de refroidissement est fixé contre la paroi transversale de la culasse.According to one embodiment of the invention, the cooling housing is fixed against the transverse wall of the cylinder head.

Selon la figure 2, le carter de refroidissement 27 comprend donc une première tubulure d’entrée 31 pour l’air frais compressé et une deuxième tubulure d’entrée 32 pour les gaz recirculés haute pression. Les tubulures d’entrée sont avantageusement disposées à l’extrémité du carter 27 tournée vers la face d’extrémité d’entrée 29 de l’air et des gaz brûlés. Les tubulures peuvent selon un mode de réalisation déboucher de la face d’extrémité d’entrée des gaz 29. De ce fait, la liaison dudit carter 27 avec le compresseur qui est également disposé du côté de la face échappement de la culasse 11 est de longueur réduite. Il en est de même pour la liaison dudit carter 27 avec un piquage dans le collecteur 22 d’échappement pour prélever les gaz brûlés. Les réductions de longueurs des liaisons permettent d’une part de réduire l’encombrement du moteur avec le circuit de refroidissement d’air 50 et d’autre d’en réduire la masse globale.According to FIG. 2, the cooling casing 27 therefore comprises a first inlet pipe 31 for the compressed fresh air and a second inlet pipe 32 for the high pressure recirculated gases. The inlet pipes are advantageously arranged at the end of the casing 27 facing the inlet end face 29 of the air and the burnt gases. The pipes can, according to one embodiment, open out from the gas inlet end face 29. As a result, the connection of said casing 27 with the compressor which is also disposed on the side of the exhaust face of the cylinder head 11 is reduced length. It is the same for the connection of said casing 27 with a nozzle in the exhaust manifold 22 to collect the burnt gases. The reductions in link lengths allow on the one hand to reduce the size of the engine with the air cooling circuit 50 and on the other to reduce the overall mass.

Le carter de refroidissement comprend aussi une première tubulure de sortie d’air frais compressé 33 et une deuxième tubulure de sortie des gaz brûlés disposées à l’extrémité opposée du carter 27 tournée vers la face d’extrémité de sortie 30 du carter 27. Selon un mode de réalisation de l’invention, les tubulures de sortie débouchent de la face d’extrémité de sortie 30 du carter 27. La liaison entre la tubulure de sortie 33 d’air frais et l’échangeur de chaleur WCAC 19 est de longueur réduite. Il en est de même pour la liaison entre la tubulure de sortie 34 des gaz brûlés et le répartiteur d’admission d’air. Les réductions de longueurs des liaisons permettent d’une part de réduire l’encombrement du moteur avec le circuit de refroidissement d’air 50 et d’autre part d’en réduire la masse globale.The cooling casing also comprises a first outlet pipe for compressed fresh air 33 and a second outlet pipe for the burnt gases disposed at the opposite end of the casing 27 facing the outlet end face 30 of the casing 27. According to one embodiment of the invention, the outlet pipes open from the outlet end face 30 of the casing 27. The connection between the outlet pipe 33 of fresh air and the WCAC heat exchanger 19 is of length scaled down. It is the same for the connection between the outlet pipe 34 of the burnt gases and the air intake distributor. Reductions in connection lengths allow on the one hand to reduce the size of the engine with the air cooling circuit 50 and on the other hand to reduce the overall mass.

Selon un mode de réalisation préféré, le carter de refroidissement 27 est apte à loger le volet de dérivation 26 pour assurer le refroidissement et éviter de fortes températures dudit volet. Le conduit de dérivation 25 connecté audit volet 26 débouche du carter de refroidissement vers l’extérieur pour rejoindre la tubulure de sortie 34 des gaz brûlés en amont du répartiteur d’admission.According to a preferred embodiment, the cooling casing 27 is able to accommodate the bypass flap 26 to ensure cooling and avoid high temperatures of said flap. The bypass duct 25 connected to said flap 26 opens out from the cooling casing to the outside to join the outlet pipe 34 of the burnt gases upstream of the intake manifold.

Le carter de refroidissement 27 comprend un premier embout d’entrée de liquide de refroidissement et un deuxième embout de sortie 36 dudit liquide, les deux embouts sont connectés à un circuit de refroidissement du moteur (non représenté). Selon un mode de réalisation, deux perçages sont effectués dans une paroi du moteur pour atteindre des conduits du circuit de refroidissement du moteur. Dans lesdits perçages sont enfoncés des conduites connectées avec les embouts d’entrée et de sortie 35,36 du carter de refroidissement 27.The cooling casing 27 comprises a first coolant inlet nozzle and a second outlet nozzle 36 for said liquid, the two tips are connected to an engine cooling circuit (not shown). According to one embodiment, two holes are made in a wall of the engine to reach the ducts of the engine cooling circuit. In said holes are driven pipes connected with the inlet and outlet nozzles 35, 36 of the cooling casing 27.

De manière préférentielle, les perçages sont effectués dans une paroi du carter-cylindres pour atteindre des conduits du circuit de refroidissement du carter-cylindres. Les embouts d’entrée et de sortie 35,36 de liquide de refroidissement du carter de refroidissement 27 sont connectés au circuit de refroidissement du carter-cylindres du moteur. Le contrôle du refroidissement par les deux étages de refroidissement 20,24 est analogue avec le refroidissement du carter-cylindres. Notamment pour des moteurs avec un double refroidissement séparé de la culasse et du carter-cylindres ou « split cooling », lors des phases de démarrages du moteur froid, on peut facilement éviter les deux étages de refroidissement 20,24 en contrôlant uniquement le refroidissement du carter-cylindres. Le liquide de refroidissement ne circulant pas dans le carter-cylindres pour permettre une montée en température plus rapide dudit carter-cylindres, ne circule pas non plus dans le carter de refroidissement 27, ce qui permet de garder une température suffisamment haute des gaz recirculés et de l’air frais d’admission avant leur admission dans le moteur 10.Preferably, the holes are drilled in a wall of the cylinder block to reach conduits of the cooling circuit of the cylinder block. The coolant inlet and outlet fittings 35, 36 of the cooling casing 27 are connected to the cooling circuit of the engine crankcase. The cooling control by the two cooling stages 20,24 is analogous to the cooling of the cylinder block. Particularly for engines with double cooling separate from the cylinder head and the cylinder block or “split cooling”, during the cold engine start-up phases, the two cooling stages 20,24 can easily be avoided by controlling only the cooling of the cylinder block. The coolant does not circulate in the cylinder block to allow a faster rise in temperature of said cylinder block, does not also circulate in the cooling block 27, which allows to keep a sufficiently high temperature of the recirculated gases and fresh intake air before admission to the engine 10.

L’objectif est atteint: le moteur thermique 10 comprend un circuit d’admission d’air composé d’un étage de refroidissement supplémentaire des gaz recirculés haute pression 24 et un étage de refroidissement 20 de l’air frais mélangé et compressé avec un encombrement réduit et une réduction de la masse globale de l’ensemble. Ledit circuit d’admission d’air peut aussi facilement contourner/arrêter les deux étapes de refroidissement de gaz recirculés haute pression et d’air frais compressé.The objective is achieved: the heat engine 10 comprises an air intake circuit composed of an additional cooling stage for high-pressure recirculated gases 24 and a cooling stage 20 for the fresh air mixed and compressed with a space requirement reduced and a reduction in the overall mass of the whole. Said air intake circuit can also easily bypass / stop the two stages of cooling of high pressure recirculated gases and compressed fresh air.

L’invention concerne le moteur thermique 10 comportant un étage de refroidissement supplémentaire des gaz recirculés haute pression 24 et un étage de refroidissement 20 de l’air frais mélangé et compressé avec un encombrement réduit.The invention relates to the heat engine 10 comprising an additional cooling stage for high-pressure recirculated gases 24 and a cooling stage 20 for the fresh air mixed and compressed with a reduced bulk.

Claims (8)

1. Moteur thermique (10) de véhicule automobile comprenant1. Motor vehicle heat engine (10) comprising -un carter-cylindres,-a cylinder block, -une culasse (11 ) fixée au dessus du carter-cylindres-a cylinder head (11) fixed above the cylinder block -un circuit d’admission d’air (50) comportant :-an air intake circuit (50) comprising: -un étage de refroidissement d’air frais (20) agencé en aval d’un compresseur (18),a fresh air cooling stage (20) arranged downstream of a compressor (18), -un étage de refroidissement (24) de gaz recirculés haute pression prélevés depuis un collecteur d’échappement (37),-a cooling stage (24) of high pressure recirculated gases taken from an exhaust manifold (37), Caractérisé en ce que le moteur (10) comprend un carter de refroidissement (27) dans lequel circule du liquide de refroidissement, apte à loger lesdits deux étages de refroidissement (20,24).Characterized in that the engine (10) comprises a cooling casing (27) in which coolant circulates, capable of accommodating said two cooling stages (20,24). 2. Moteur thermique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étage de refroidissement des gaz recirculés (24) comprend un volet de dérivation (26) qui est logé dans le carter de refroidissement (27).2. Heat engine (10) according to claim 1, characterized in that the cooling stage of the recirculated gases (24) comprises a bypass flap (26) which is housed in the cooling housing (27). 3. Moteur thermique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur (10) comprend un conduit de dérivation (25) du circuit de refroidissement des gaz recirculés (23) agencée à l’extérieur du carter de refroidissement (27).3. A thermal engine (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the engine (10) comprises a bypass duct (25) of the cooling circuit of the recirculated gases (23) arranged outside the cooling casing (27). 4. Moteur thermique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le carter (27) comprend une face d’entrée (29) des gaz et de l’air compressé tournée vers la face d’échappement (14) du moteur et une face de sortie (30) diamétralement opposée tournée vers la face d’admission (12) du moteur et une paroi latérale de fixation (28) disposée entre les faces d’entrée et de sortie et fixée à une paroi de la culasse du moteur.4. Heat engine (10) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the casing (27) comprises an inlet face (29) of the gases and of the compressed air turned towards the face of engine exhaust (14) and a diametrically opposite outlet face (30) facing the engine inlet face (12) and a fixing side wall (28) disposed between the inlet and outlet faces and fixed to a wall of the engine cylinder head. 5. Moteur thermique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carter (27) comprend une première tubulure d’entrée (31) d’air compressé connectée au compresseur (18) par un conduit direct d’admission et une deuxième tubulure d’entrée de gaz recirculés (32) haute pression connectée directement au collecteur d’échappement (37), les deux tubulures sont agencées à une extrémité du carter de refroidissement (27) tournée vers la face échappement (14) de la culasse.5. Heat engine (10) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the casing (27) comprises a first inlet manifold (31) of compressed air connected to the compressor (18) by a conduit direct intake and a second high pressure recirculated gas inlet pipe (32) connected directly to the exhaust manifold (37), the two pipes are arranged at one end of the cooling casing (27) facing the exhaust side (14) of the cylinder head. 6. Moteur thermique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le carter de refroidissement (27) comprend une première tubulure de sortie (33) d’air compressé connectée en amont d’un échangeur de chaleur (19) et une seconde tubulure de sortie (34) de gaz recirculés distincte de la première tubulure (33) et connectée avec un circuit d’admission d’air du moteur en aval de l’échangeur de chaleur (19).6. Heat engine (10) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling housing (27) comprises a first outlet pipe (33) of compressed air connected upstream of a heat exchanger heat (19) and a second outlet pipe (34) for recirculated gases separate from the first pipe (33) and connected with an engine air intake circuit downstream of the heat exchanger (19). 7. Moteur thermique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le carter de refroidissement (27) comporte un embout d’entrée (35) de liquide de refroidissement et un embout de sortie (36) de liquide de refroidissement, tous deux connectés avec un circuit de refroidissement du moteur.7. A heat engine (10) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the cooling housing (27) comprises an inlet nozzle (35) of coolant and an outlet nozzle (36) coolant, both connected with an engine cooling circuit. 8. Moteur thermique (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les embouts d’entrée et de sortie (35,36) de liquide de refroidissement du carter de refroidissement (27) sont connectés au circuit de refroidissement du carter-cylindres du moteur.8. A heat engine (10) according to claim 7, characterized in that the inlet and outlet nozzles (35, 36) of coolant from the cooling housing (27) are connected to the cooling circuit of the cylinder housing. of the motor.
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