FR3081937A1 - DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDFInfo
- Publication number
- FR3081937A1 FR3081937A1 FR1854824A FR1854824A FR3081937A1 FR 3081937 A1 FR3081937 A1 FR 3081937A1 FR 1854824 A FR1854824 A FR 1854824A FR 1854824 A FR1854824 A FR 1854824A FR 3081937 A1 FR3081937 A1 FR 3081937A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- heat exchanger
- passive heat
- thermal management
- intake air
- management device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
- F02B29/04—Cooling of air intake supply
- F02B29/0493—Controlling the air charge temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
- F02B29/04—Cooling of air intake supply
- F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
- F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
- F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
- F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
-
- 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
- F01P3/00—Liquid cooling
- F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
- F01P2003/2278—Heat pipes
-
- 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
- F01P2031/00—Fail safe
- F01P2031/16—Fail safe using melting materials
-
- 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
- F01P2060/02—Intercooler
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
- F02M31/20—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
- F28D2021/0082—Charged air coolers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
L'invention a pour objet un dispositif de gestion thermique (100) de l'air d'admission d'un moteur (5) à combustion interne d'un véhicule automobile. Selon l'invention, le dispositif de gestion thermique (100) de l'air d'admission comporte au moins un échangeur thermique passif (1) agencé dans une portion d'un conduit (4) d'une ligne (L1, L2) d'un circuit d'admission d'air (3) et configuré pour refroidir le flux d'air d'admission qui le traverse par son inertie propre.The subject of the invention is a device for thermal management (100) of the intake air of an internal combustion engine (5) of a motor vehicle. According to the invention, the thermal management device (100) of the intake air comprises at least one passive heat exchanger (1) arranged in a portion of a duct (4) of a line (L1, L2) an air intake circuit (3) and configured to cool the intake air flow which passes through it by its own inertia.
Description
DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE DE L’AIR D’ADMISSION D’UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNEDEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile comportant un échangeur thermique apte à refroidir par son inertie propre un flux d’air d’admission avant son entrée dans le moteur à combustion interne.The present invention relates to a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine of a motor vehicle comprising a heat exchanger capable of cooling by its own inertia a flow of intake air before it enters. in the internal combustion engine.
Dans un contexte de normes antipollution exigeantes, une solution consiste à réduire la cylindrée des moteurs à combustion interne, opération autrement connue sous l’appellation anglaise de « downsizing », en vue de limiter les émissions polluantes et de réduire la consommation de carburant. Cependant, pour maintenir un niveau de performance équivalent, il est nécessaire de suralimenter le moteur, c’est-à-dire d’augmenter la quantité du mélange air/carburant au sein des cylindres du moteur. Pour y parvenir, il est nécessaire de comprimer le mélange gazeux, constitué d’air ou d’un mélange air/gaz d’échappement, pour augmenter sa masse avant l’admission dans la chambre de combustion. Une telle compression peut être obtenue par l’intermédiaire d’un compresseur, entraîné par l’énergie du moteur, utilisé seul ou en complément d’un turbocompresseur entraîné par les gaz d’échappement rejetés par le moteur, et/ou par un compresseur électrique, appelé « electric supercharger » en anglais et qui est entraîné par un moteur électrique, utilisé seul ou en complément d’un turbocompresseur.In the context of demanding emission standards, one solution is to reduce the displacement of internal combustion engines, an operation otherwise known as "downsizing", in order to limit polluting emissions and reduce fuel consumption. However, to maintain an equivalent level of performance, it is necessary to supercharge the engine, that is to say to increase the amount of air / fuel mixture within the engine cylinders. To achieve this, it is necessary to compress the gas mixture, consisting of air or an air / exhaust gas mixture, to increase its mass before admission to the combustion chamber. Such compression can be obtained by means of a compressor, driven by the energy of the engine, used alone or in addition to a turbocharger driven by the exhaust gases discharged by the engine, and / or by a compressor. electric, called "electric supercharger" in English and which is driven by an electric motor, used alone or in addition to a turbocharger.
Dans ce contexte, en vue de maintenir la densité du mélange gazeux qui doit être injecté dans la chambre d’admission, il est nécessaire de refroidir les gaz de suralimentation en sortie de compresseur. A cet effet, il est connu d’intégrer, en aval du compresseur sur la ligne d’air de suralimentation, un dispositif de refroidissement des gaz et/ou de l’air de suralimentation.In this context, in order to maintain the density of the gas mixture which must be injected into the intake chamber, it is necessary to cool the supercharging gases at the compressor outlet. To this end, it is known to integrate, downstream of the compressor on the charge air line, a device for cooling the gases and / or the charge air.
Parmi les technologies de dispositifs de refroidissement d’air de suralimentation connues, on distingue des technologies de refroidissement direct et des technologies de refroidissement indirect. Le refroidissement direct peut être assuré par un refroidisseur d’air de suralimentation air/air, dit « ACAC », acronyme de l’expression anglaise « Air Charge AirAmong the technologies of known charge air cooling devices, there are direct cooling technologies and indirect cooling technologies. Direct cooling can be ensured by an air / air charge air cooler, called "ACAC", acronym of the English expression "Air Charge Air
Cooler », qui utilise l’air ambiant comme source froide et qui peut être disposé entre le compresseur et l’entrée moteur. Les inconvénients des refroidisseurs ACAC portent sur leur encombrement et leur efficacité thermique car la température d’admission n’est jamais inférieure à la température ambiante.Cooler ", which uses ambient air as a cold source and can be placed between the compressor and the engine inlet. The drawbacks of ACAC coolers relate to their size and thermal efficiency because the intake temperature is never lower than room temperature.
Le refroidissement indirect est assuré par plusieurs éléments, notamment par un refroidisseur d’air de suralimentation air/eau, dit « WCAC », acronyme de l’expression anglaise « Water cooled Charge Air Cooler », combiné à un circuit d’eau à basse température. Les inconvénients des refroidisseurs WCAC portent sur leur coût de production et leur intégration puisqu’un circuit additionnel d’eau est requis.Indirect cooling is provided by several elements, in particular by an air / water charge air cooler, called “WCAC”, acronym of the English expression “Water cooled Charge Air Cooler”, combined with a low water circuit temperature. The drawbacks of WCAC chillers relate to their production cost and their integration since an additional water circuit is required.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à améliorer le potentiel d’échange thermique au sein d’un circuit d’admission, notamment en augmentant la capacité à refroidir un flux d’air d’admission qui peut éventuellement être comprimé par un compresseur de suralimentation. A cet effet, l’invention propose un dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne comportant au moins un échangeur thermique passif agencé dans une portion d’un conduit d’une ligne principale ou de dérivation d’un circuit d’admission d’air, ledit échangeur thermique passif comportant une zone de traversée d’un flux d’air d’admission circulant dans le conduit et une zone d’échange configurée pour refroidir le flux d’air d’admission qui le traverse par l’inertie propre de l’échangeur thermique passif, la zone d’échange étant dépourvue d’entrée et de sortie d’un fluide de refroidissement.The invention is part of this context and aims to improve the heat exchange potential within an intake circuit, in particular by increasing the capacity to cool a flow of intake air which can possibly be compressed by a supercharger. To this end, the invention provides a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine comprising at least one passive heat exchanger arranged in a portion of a duct of a main or branch line. of an air intake circuit, said passive heat exchanger comprising a zone for the passage of an intake air flow circulating in the duct and an exchange zone configured to cool the air flow inlet which passes through it through the inertia inherent in the passive heat exchanger, the exchange zone being devoid of inlet and outlet for a cooling fluid.
Par l’expression « échangeur thermique passif », on entend que l’échangeur thermique consiste en un ensemble, non alimenté par un fluide de refroidissement traversant l’échangeur, qui est apte à échanger des calories avec l’air à refroidir qui le traverse. De la sorte, l’ensemble formé par l’échangeur thermique passif, renfermant le cas échéant un fluide additionnel, n’a pas besoin d’être traversé par un fluide de refroidissement pour refroidir l’air qui le traverse. En outre, l’expression « moteur à combustion interne » regroupe aussi bien des moteurs atmosphériques que des moteurs essence ou diesel turbocompressés.By the expression “passive heat exchanger”, it is meant that the heat exchanger consists of an assembly, not supplied by a cooling fluid passing through the exchanger, which is capable of exchanging calories with the air to be cooled which passes through it . In this way, the assembly formed by the passive heat exchanger, containing if necessary an additional fluid, does not need to be crossed by a cooling fluid to cool the air which passes through it. In addition, the term "internal combustion engine" includes both naturally aspirated engines and turbocharged petrol or diesel engines.
Selon un aspect de l’invention, un dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile comporte au moins un échangeur thermique passif agencé dans une portion d’un conduit d’une ligne d’un circuit d’admission d’air, ledit échangeur thermique passif comportant une zone de traversée d’un flux d’air d’admission circulant dans le conduit et une zone d’échange configurée pour refroidir le flux d’air d’admission qui le traverse exclusivement par l’inertie thermique propre de l’échangeur thermique passif.According to one aspect of the invention, a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine of a motor vehicle comprises at least one passive heat exchanger arranged in a portion of a duct of a line of an air intake circuit, said passive heat exchanger comprising a zone for the passage of an intake air flow circulating in the duct and an exchange zone configured to cool the air flow d 'admission which passes through it exclusively by the proper thermal inertia of the passive heat exchanger.
Par l’expression « inertie thermique propre », on entend que l’échangeur thermique passif ne comporte pas d’entrée et de sortie de fluide de refroidissement amené à circuler à travers lui.By the expression "clean thermal inertia" is meant that the passive heat exchanger does not have an inlet and outlet for cooling fluid caused to flow through it.
convient de noter dans ce qui précède que par zone de traversée, on comprend des aménagements de l’échangeur thermique pour permettre au flux d’air circulant dans le circuit d’admission d’air de continuer son chemin dans le circuit, en passant d’un côté à l’autre de l’échangeur thermique. Cette zone de traversée peut notamment consister en un ou plusieurs passages ménagés entre des tubes ou des plaques adjacent(e)s formant partie de l’échangeur thermique. La zone d’échange telle qu’elle a été évoquée est alors constituée par la structure complémentaire de l’échangeur complémentaire, ne servant pas à la traversée du flux d’air et avantageusement disposée au voisinage direct de la zone de traversée préalablement définie. Cette zone d’échange peut notamment consister en des zones creuses à l’intérieur de tubes ou de plaques dont les extrémités disposées en travers du flux d’air sont fermées pour empêcher le passage du flux d’air et forcer celui-ci à circuler dans la zone de traversée.it should be noted in the foregoing that by crossing zone, we understand arrangements of the heat exchanger to allow the air flow circulating in the air intake circuit to continue its path in the circuit, passing through side to side of the heat exchanger. This crossing zone may in particular consist of one or more passages formed between adjacent tubes or plates forming part of the heat exchanger. The exchange zone as it was mentioned is then constituted by the complementary structure of the complementary exchanger, not used for crossing the air flow and advantageously arranged in the direct vicinity of the previously defined crossing zone. This exchange zone may in particular consist of hollow zones inside tubes or plates whose ends arranged across the air flow are closed to prevent the passage of the air flow and force it to circulate in the crossing area.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur thermique passif est constitué d’un matériau métallique, de préférence à base d’aluminium.According to a characteristic of the invention, the passive heat exchanger consists of a metallic material, preferably based on aluminum.
Selon des caractéristiques alternatives de l’invention, l’échangeur thermique passif peut être configuré pour refroidir le flux d’air d’admission par la seule inertie thermique de la masse du matériau qui le constitue, ou bien être configuré pour renfermer ou être entouré d’au moins un matériau additionnel stagnant apte à refroidir le flux d’air d’admission.According to alternative characteristics of the invention, the passive heat exchanger can be configured to cool the intake air flow by the sole thermal inertia of the mass of the material which constitutes it, or else be configured to enclose or be surrounded at least one additional stagnant material capable of cooling the flow of intake air.
Par l’expression « matériau additionnel stagnant», on entend que le matériau additionnel ne circule pas dans une boucle de fluide de refroidissement. On comprend que l’échangeur thermique est autonome dans le sens où il n’y a pas besoin de régénérer le matériau additionnel, celui-ci restant le même au fur et à mesure du passage d’air de suralimentation à refroidir.By the expression "stagnant additional material" is meant that the additional material does not circulate in a loop of coolant. It is understood that the heat exchanger is autonomous in the sense that there is no need to regenerate the additional material, the latter remaining the same as the charge air to be cooled passes.
Selon une caractéristique de l’invention, on prévoit que le matériau additionnel stagnant est un fluide aqueux, et par exemple choisi parmi l’eau ou un mélange eau/glycol. Avantageusement, la chaleur spécifique dudit fluide est comprise entre 3,2 kJ/(kg.K) et 4,2 kJ/(kg.K).According to a characteristic of the invention, it is provided that the additional stagnant material is an aqueous fluid, and for example chosen from water or a water / glycol mixture. Advantageously, the specific heat of said fluid is between 3.2 kJ / (kg.K) and 4.2 kJ / (kg.K).
Selon une série de caractéristiques de l’invention, pouvant être prises seules ou en combinaison, on prévoit que :According to a series of characteristics of the invention, which can be taken alone or in combination, it is provided that:
le matériau additionnel stagnant comporte un matériau à changement de phase ;the stagnant additional material comprises a phase change material;
dans le cas notamment d’une application du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission pour un moteur atmosphérique, on peut prévoir que le matériau à changement de phase formant le matériau additionnel de l’échangeur thermique ait une valeur de chaleur latente de changement de phase liquide/solide comprise entre 15° et 33°C ; le matériau à changement de phase peut notamment être choisi parmi un sel hydraté, un eutectique, une paraffine, un acide gras ;in the case in particular of an application of the thermal management system of the intake air for an atmospheric engine, provision may be made for the phase change material forming the additional material of the heat exchanger to have a latent heat value liquid / solid phase change between 15 ° and 33 ° C; the phase change material can in particular be chosen from a hydrated salt, a eutectic, a paraffin, a fatty acid;
dans le cas notamment d’une application du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission pour un moteur turbocompressé, on peut prévoir que le matériau à changement de phase formant le matériau additionnel de l’échangeur thermique ait une valeur de chaleur latente de changement de phase liquide/solide proche de 2OO°C ; le matériau à changement de phase peut notamment être choisi parmi un sel hydraté, un eutectique, une paraffine, un acide gras ;in the case in particular of an application of the device for thermal management of the intake air for a turbocharged engine, provision can be made for the phase change material forming the additional material of the heat exchanger to have a latent heat value liquid / solid phase change close to 2OO ° C; the phase change material can in particular be chosen from a hydrated salt, a eutectic, a paraffin, a fatty acid;
l’échangeur thermique passif comporte une pluralité de tubes qui s’étendent parallèles entre eux, l’espace situé entre deux tubes adjacents formant un canal de circulation du flux d’air d’admission constitutif de la zone de traversée précédemment définie ; des ailettes ondulées peuvent s’étendre dans chacun de ces canaux de circulation ;the passive heat exchanger comprises a plurality of tubes which extend parallel to each other, the space located between two adjacent tubes forming a circulation channel for the intake air flow constituting the previously defined passage area; corrugated fins can extend into each of these circulation channels;
dans le cas d’un échangeur thermique passif comportant un matériau additionnel, ce matériau additionnel peut être agencé dans chacun des tubes formés dans l’échangeur thermique passif ; on peut prévoir indifféremment que les tubes soient en communication fluidique entre eux via au moins une chambre collectrice à partir de laquelle s’étendent chacun des tubes, ou bien que chaque tube renferme une partie du matériau additionnel, indépendamment de la partie du matériau renfermée dans les autres tubes voisins ;in the case of a passive heat exchanger comprising an additional material, this additional material can be arranged in each of the tubes formed in the passive heat exchanger; it is equally possible to provide that the tubes are in fluid communication with one another via at least one collecting chamber from which each of the tubes extend, or that each tube contains part of the additional material, independently of the part of the material contained in the other neighboring tubes;
des chicanes peuvent être ménagées à l’intérieur d’au moins un des tubes de manière à forcer le matériau additionnel présent dans ce tube à s’étendre sur toute la surface d’échange de chaleur formé par ce tube ;baffles can be provided inside at least one of the tubes so as to force the additional material present in this tube to spread over the entire heat exchange surface formed by this tube;
des ailettes ondulées peuvent s’étendre dans l’espace situé entre deux tubes adjacents formant canal de circulation, de manière à former une surface d’échange de calories lorsque le flux d’air d’admission entre en contact avec la pluralité de tubes lors de son passage à travers les canaux de circulation ;corrugated fins may extend in the space between two adjacent tubes forming a circulation channel, so as to form a heat exchange surface when the flow of intake air comes into contact with the plurality of tubes during of its passage through the circulation channels;
dans le cas d’un échangeur thermique passif comportant une pluralité de tubes en communication fluidique les uns avec les autres et comportant un matériau additionnel disposé dans les tubes, l’échangeur thermique peut comporter une zone tampon, de manière à ce que le matériau additionnel à changement de phase soit toujours présent en quantité suffisante dans les tubes de l’échangeur thermique quelle que soit la phase dudit matériau additionnel et de manière à éviter les surpressions dans les tubes en cas d’expansion du matériau additionnel à changement de phase lors de ses changements de température et/ou de phase ; il convient de comprendre que cette zone tampon est avantageusement logée à l’intérieur de l’échangeur thermique passif, dans le volume défini par la portion de conduit dans lequel est logé cet échangeur thermique passif, étant entendu que cette zone tampon, du fait par exemple de son encombrement pourrait sans sortir du contexte de l’invention être disposée au voisinage immédiat de l’échangeur thermique passif, dès lors que la zone tampon et le corps de l’échangeur thermique passif forme un circuit fermé sur lequel aucun dispositif spécifique n’est mis en œuvre pour aider à la circulation du matériau additionnel.in the case of a passive heat exchanger comprising a plurality of tubes in fluid communication with each other and comprising an additional material disposed in the tubes, the heat exchanger may comprise a buffer zone, so that the additional material with phase change is always present in sufficient quantity in the tubes of the heat exchanger whatever the phase of said additional material and so as to avoid overpressures in the tubes in the event of expansion of the additional material with phase change during its temperature and / or phase changes; it should be understood that this buffer zone is advantageously housed inside the passive heat exchanger, in the volume defined by the portion of duct in which this passive heat exchanger is housed, it being understood that this buffer zone, due to example of its size could without departing from the context of the invention be arranged in the immediate vicinity of the passive heat exchanger, since the buffer zone and the body of the passive heat exchanger form a closed circuit on which no specific device n 'is implemented to help the circulation of additional material.
Le circuit d’admission d’air comporte, dans le sens de circulation du flux d’air d’admission en direction du moteur à combustion interne, une ligne principale, équipée d’une vanne de dérivation, et une ligne de dérivation, de préférence équipée d’un compresseur de suralimentation électrique, et qui est raccordée à la ligne principale par des premier et deuxième points de jonction disposés respectivement en amont et en aval de la vanne de dérivation.The air intake circuit comprises, in the direction of flow of the intake air flow towards the internal combustion engine, a main line, equipped with a bypass valve, and a bypass line, of preferably equipped with an electric supercharging compressor, and which is connected to the main line by first and second junction points disposed respectively upstream and downstream of the bypass valve.
Selon une caractéristique de l’invention, l’échangeur thermique passif, tel que précédemment décrit, peut être ménagé sur la ligne principale, en aval du deuxième point de jonction et en amont du moteur à combustion interne, c’est-à-dire entre le deuxième point de jonction et le moteur à combustion interne.According to a characteristic of the invention, the passive heat exchanger, as previously described, can be arranged on the main line, downstream of the second junction point and upstream of the internal combustion engine, that is to say between the second junction point and the internal combustion engine.
Selon une autre caractéristique de l’invention, l’échangeur thermique passif, tel que précédemment décrit, peut être ménagé sur la ligne de dérivation, en aval du compresseur de suralimentation électrique et en amont du deuxième point de jonction, c’est-à-dire entre le compresseur électrique et le deuxième point de jonction.According to another characteristic of the invention, the passive heat exchanger, as previously described, can be arranged on the bypass line, downstream of the electric supercharging compressor and upstream of the second junction point, that is to say - say between the electric compressor and the second junction point.
Pour chacun de ces deux agencements, les dénominations « amont » et « aval » sont définies par rapport au sens de circulation de l’air d’admission dans le circuit en direction du moteur à combustion interne. En outre, on comprend que le compresseur de suralimentation électrique est apte à comprimer l’air d’admission destiné au moteur à combustion interne et que l’échangeur thermique passif est apte à refroidir, par son inertie propre, l’air comprimé sortant du compresseur de suralimentation électrique avant son admission dans le moteur.For each of these two arrangements, the names “upstream” and “downstream” are defined with respect to the direction of circulation of the intake air in the circuit in the direction of the internal combustion engine. In addition, it is understood that the electric supercharging compressor is capable of compressing the intake air intended for the internal combustion engine and that the passive heat exchanger is capable of cooling, by its own inertia, the compressed air leaving the electric supercharging compressor before entering the engine.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnée ci-après à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs et s’appuyant sur les figures annexées, dans lesquelles on a illustré un dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne selon l’invention apte à refroidir un flux d’air d’admission et parmi lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the detailed description of the embodiments of the invention, given below by way of illustrative and nonlimiting examples and based on the attached figures. , in which there is illustrated a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine according to the invention capable of cooling a flow of intake air and among which:
la figure 1 est une vue en coupe d’une portion d’un conduit du circuit d’admission d’air du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur selon l’invention dans laquelle est isolé un échangeur thermique passif ;Figure 1 is a sectional view of a portion of a duct of the air intake circuit of the thermal management system of the intake air of an engine according to the invention in which an exchanger is isolated passive thermal;
la figure 2 montre une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de l’invention selon un premier agencement de l’échangeur thermique passif ;FIG. 2 shows a schematic representation of the device for thermal management of the intake air of the invention according to a first arrangement of the passive heat exchanger;
la figure 3 montre le dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de la figure 2 selon un premier mode de fonctionnement ;Figure 3 shows the thermal management device of the intake air of Figure 2 according to a first mode of operation;
la figure 4 montre le dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de la figure 2 selon un deuxième mode de fonctionnement ;Figure 4 shows the thermal management device for the intake air of Figure 2 according to a second mode of operation;
la figure 5 montre une représentation schématique du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de l’invention selon un second agencement de l’échangeur thermique passif ;FIG. 5 shows a schematic representation of the device for thermal management of the intake air of the invention according to a second arrangement of the passive heat exchanger;
la figure 6 montre le dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de la figure 5 selon un premier mode de fonctionnement ;Figure 6 shows the thermal management device for the intake air of Figure 5 according to a first mode of operation;
la figure 7 montre le dispositif de gestion thermique de l’air d’admission de la figure 5 selon un deuxième mode de fonctionnement.FIG. 7 shows the thermal management device for the intake air of FIG. 5 according to a second operating mode.
Si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. De même, il est rappelé que, pour l'ensemble des figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères. On comprendra également que les modes de réalisation de l’invention illustrés par les figures sont données à titre d’exemple non limitatif. Par conséquent, d’autres configurations du dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne selon l’invention peuvent être réalisées, notamment par des variations de l’agencement et du dimensionnement des éléments qui le composent, notamment de l’échangeur thermique, du compresseur, de la vanne de dérivation et du moteur.If the figures show the invention in detail for its implementation, they can of course be used to better define the invention if necessary. Similarly, it is recalled that, for all of the figures, the same elements are designated by the same references. It will also be understood that the embodiments of the invention illustrated by the figures are given by way of non-limiting example. Consequently, other configurations of the device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine according to the invention can be achieved, in particular by variations in the arrangement and dimensioning of the elements that compose it. , including the heat exchanger, the compressor, the bypass valve and the engine.
Dans la suite de la description, les dénominations « amont » et « aval », de même que les dénominations « entrée » et « sortie » seront comprises par rapport au sens de circulation de l’air dans le circuit d’admission en direction du moteur à combustion interne.In the following description, the names "upstream" and "downstream", as well as the names "inlet" and "outlet" will be understood in relation to the direction of air circulation in the intake circuit towards the internal combustion engine.
La figure 1 illustre une portion d’un conduit 4 d’une ligne principale L1 ou de dérivation L2 d’un circuit d’admission d’air 3 destiné à être traversé par un flux d’air, et dans laquelle est implanté un échangeur thermique passif 1 du dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne 5 (visible sur les figures 2 à 7). L’échangeur thermique passif 1 comporte une pluralité de tubes 8 qui s’étendent parallèles entre eux et longitudinalement selon la direction principale d’allongement de la ligne Ll, L2.FIG. 1 illustrates a portion of a duct 4 of a main line L1 or of bypass L2 of an air intake circuit 3 intended to be traversed by an air flow, and in which an exchanger is installed passive thermal 1 of the thermal management device 100 of the intake air of an internal combustion engine 5 (visible in FIGS. 2 to 7). The passive heat exchanger 1 comprises a plurality of tubes 8 which extend parallel to one another and longitudinally in the main direction of extension of the line L1, L2.
L’espace situé entre deux tubes 8 adjacents forme un canal de circulation 9 du flux d’air d’admission, la pluralité de canaux de circulation formant dans l’écbangeur thermique passif une zone de traversée du flux d’air. Avantageusement, la pluralité de tubes 8 alterne avec des ailettes ondulées 10 qui s’étendent dans les canaux de circulation 9 et forment des surfaces importantes d’échange de chaleur lorsque le flux d’air d’admission entre en contact avec la pluralité de tubes 8 lors de son passage à travers les canaux de circulation 9. Les tubes 8 sont réalisés en matériau métallique, de préférence d’aluminium ou d’un alliage à base d’aluminium et les ailettes ondulées 10 sont avantageusement formées d’un matériau métallique sensiblement identique de sorte que les ailettes ondulées peuvent être soudées sur les tubes adjacents.The space between two adjacent tubes 8 forms a circulation channel 9 for the intake air flow, the plurality of circulation channels forming in the passive heat exchanger a zone for crossing the air flow. Advantageously, the plurality of tubes 8 alternate with corrugated fins 10 which extend into the circulation channels 9 and form large heat exchange surfaces when the flow of intake air comes into contact with the plurality of tubes. 8 during its passage through the circulation channels 9. The tubes 8 are made of metallic material, preferably aluminum or an aluminum-based alloy and the corrugated fins 10 are advantageously formed of metallic material substantially identical so that the corrugated fins can be welded to the adjacent tubes.
L’écbangeur thermique passif 1 présente la double caractéristique de pouvoir échanger des calories avec l’air ambiant par conduction à travers le conduit 4 dans lequel il est isolé et de pouvoir échanger des calories avec l’air d’admission à refroidir par son inertie propre, c’està-dire sans qu’aucun fluide réfrigérant ne pénètre, ni ne circule dans l’écbangeur thermique passif 1 qui, de ce fait, est autonome.The passive thermal exchanger 1 has the dual characteristic of being able to exchange calories with the ambient air by conduction through the duct 4 in which it is isolated and to be able to exchange calories with the intake air to be cooled by its inertia clean, that is to say without any refrigerant entering or circulating in the passive heat exchanger 1 which, therefore, is autonomous.
Dans un premier mode de réalisation, l’écbangeur thermique passif 1 peut être configuré pour refroidir le flux d’air d’admission par la seule inertie thermique de la masse du matériau métallique qui le constitue.In a first embodiment, the passive heat exchanger 1 can be configured to cool the flow of intake air by the sole thermal inertia of the mass of metallic material which constitutes it.
Dans un deuxième mode de réalisation, plus particulièrement illustré sur la figure 1, l’échangeur thermique passif 1 est configuré pour contenir un matériau additionnel stagnant de stockage thermique. Le matériau additionnel est dit de stockage thermique en ce qu’il est apte à augmenter l’inertie thermique globale de l’échangeur de thermique passif et il est dit stagnant en ce que le même volume de matériau reste à demeure à l’intérieur ou autour de l’échangeur de sorte qu’il n’est pas nécessaire de prévoir de le faire circuler dans une boucle de refroidissement externe à l’échangeur thermique passif et de prévoir des organes de raccordement entre cette boucle de refroidissement et l’échangeur thermique.In a second embodiment, more particularly illustrated in FIG. 1, the passive heat exchanger 1 is configured to contain an additional stagnant thermal storage material. The additional material is said to be thermal storage in that it is capable of increasing the overall thermal inertia of the passive heat exchanger and it is said to be stagnant in that the same volume of material remains indoors or around the exchanger so that it is not necessary to plan to circulate it in a cooling loop external to the passive heat exchanger and to provide connecting members between this cooling loop and the heat exchanger .
Le matériau additionnel stagnant de stockage thermique, pouvant être appelé par la suite matériau additionnel stagnant, peut être choisi parmi des matériaux ou fluides dont la chaleur spécifique est élevée tel que de l’eau ou un mélange eau/glycol. La chaleur spécifique du matériau additionnel stagnant est de préférence comprise entre 3,2 kJ/(kg.K) et 4,2 kJ/(kg.K).The stagnant additional thermal storage material, which may be called subsequently stagnant additional material, can be chosen from materials or fluids whose specific heat is high such as water or a water / glycol mixture. The specific heat of the stagnant additional material is preferably between 3.2 kJ / (kg.K) and 4.2 kJ / (kg.K).
Le matériau additionnel stagnant peut notamment être choisi parmi des matériaux à changement de phase, qui ont la particularité de pouvoir stocker l’énergie sous forme de calories à mesure qu’ils changent de phase. Selon l’invention, le matériau à changement de phase est choisi de manière à présenter, dans la plage de températures obtenues au sein de l’échangeur thermique, une transition solide-liquide par l’intermédiaire de laquelle le matériau est apte à céder des frigories au flux d’air d’admission à refroidir.The additional stagnant material can in particular be chosen from phase change materials, which have the particularity of being able to store energy in the form of calories as they change phase. According to the invention, the phase change material is chosen so as to present, in the temperature range obtained within the heat exchanger, a solid-liquid transition through which the material is capable of yielding frigories to the intake air flow to cool.
Lorsque le matériau à changement de phase atteint, après avoir été chauffé ou refroidi selon sa température initiale, sa température de changement de phase, il emmagasine ou restitue de l’énergie relativement à son environnement proche. Lorsque sa température augmente pour atteindre la température de changement de phase, et donc pour passer d’un état solide à liquide dans l’exemple décrit, le matériau à changement de phase absorbe une quantité de chaleur déterminée, fonction de sa masse et de la caractéristique, propre à chaque matériau, de chaleur latente. A l’inverse, lorsque la température doit baisser pour atteindre la température de changement de phase, et donc pour passer d’un état liquide à un état solide, le matériau à changement de phase se transforme en restituant l’énergie préalablement stockée.When the phase change material reaches, after being heated or cooled to its initial temperature, its phase change temperature, it stores or releases energy relative to its immediate environment. When its temperature increases to reach the phase change temperature, and therefore to go from a solid state to liquid in the example described, the phase change material absorbs a determined amount of heat, depending on its mass and the characteristic, specific to each material, of latent heat. Conversely, when the temperature must drop to reach the phase change temperature, and therefore to go from a liquid state to a solid state, the phase change material is transformed by restoring the energy previously stored.
Dans l’exemple illustré sur la figure 1, chaque tube 8 de l’échangeur thermique passif 1 intègre des chicanes 11 qui permettent la répartition du matériau additionnel stagnant de manière à ce qu’il s’étende sur toute la surface d’échange de chaleur du tube 8.In the example illustrated in FIG. 1, each tube 8 of the passive heat exchanger 1 incorporates baffles 11 which allow the distribution of the additional stagnant material so that it extends over the entire heat exchange surface. tube heat 8.
La quantité totale du matériau additionnel stagnant pourra varier en fonction de l’énergie thermique qu’il est nécessaire de transmettre au flux d’air d’admission pour le refroidir et en fonction du type de matériau additionnel stagnant choisi.The total amount of stagnant additional material may vary depending on the thermal energy that must be transmitted to the intake air flow to cool it and depending on the type of stagnant additional material chosen.
Dans le cas où l’échangeur thermique passif 1 est intégré dans un dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission d’un moteur 5 atmosphérique, le matériau additionnel stagnant est avantageusement formé d’un matériau à changement de phase ayant une chaleur latente de changement de phase liquide/solide comprise entre 15° et 33°C. Parmi les matériaux envisageables, on peut citer un sel hydraté, un eutectique, une paraffine, un acide gras.In the case where the passive heat exchanger 1 is integrated in a thermal management device 100 of the intake air of an atmospheric engine 5, the additional stagnant material is advantageously formed of a phase change material having a latent heat of liquid / solid phase change between 15 ° and 33 ° C. Among the materials that can be envisaged, mention may be made of a hydrated salt, a eutectic, a paraffin, a fatty acid.
Dans le cas où l’échangeur thermique passif 1 est intégré dans un dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission d’un moteur 5 turbocompressé, le matériau additionnel stagnant est avantageusement formé d’un matériau à changement de phase ayant une chaleur latente de changement de phase liquide/solide proche de 200°C. Parmi les matériaux envisageables, on peut citer un sel hydraté, un eutectique, une paraffine, un acide gras.In the case where the passive heat exchanger 1 is integrated in a thermal management device 100 for the intake air of a turbocharged engine 5, the stagnant additional material is advantageously formed from a phase change material having a latent heat of liquid / solid phase change close to 200 ° C. Among the materials that can be envisaged, mention may be made of a hydrated salt, a eutectic, a paraffin, a fatty acid.
L’échange thermique entre le matériau additionnel stagnant et le flux d’air d’admission à refroidir pouvant générer une dilatation du matériau additionnel stagnant, notamment lors d’un changement de phase de l’état liquide à l’état solide, l’échangeur thermique passif 1 peut avantageusement être équipé d’une zone tampon 12, ici représentée à l’extérieur du corps de l’échangeur thermique passif sans que cela soit limitatif de l’invention, de manière à ce que le matériau additionnel à changement de phase soit toujours présent en quantité suffisante dans les tubes de l’échangeur thermique dans la phase liquide dudit matériau additionnel et que la phase solide de ce matériau ne génère pas trop de contraintes internes dans le volume défini de l’échangeur thermique passif.The heat exchange between the stagnant additional material and the flow of intake air to be cooled can generate expansion of the stagnant additional material, in particular during a phase change from the liquid state to the solid state, the passive heat exchanger 1 can advantageously be equipped with a buffer zone 12, here shown outside the body of the passive heat exchanger without this being limiting of the invention, so that the additional material with change of phase is always present in sufficient quantity in the tubes of the heat exchanger in the liquid phase of said additional material and that the solid phase of this material does not generate too many internal stresses in the defined volume of the passive heat exchanger.
La figure 2 illustre le dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission de l’invention selon un premier agencement de l’échangeur thermique passif 1. Tel que cela va être décrit ci-après, ce premier agencement est associé à un procédé de gestion thermique de l’air d’admission, également objet de l’invention, dont deux étapes, ou modes de fonctionnement, sont illustrées par les figures 3 et 4.FIG. 2 illustrates the thermal management device 100 of the intake air of the invention according to a first arrangement of the passive heat exchanger 1. As will be described below, this first arrangement is associated with a process for thermal management of the intake air, also subject of the invention, two steps or modes of operation of which are illustrated in FIGS. 3 and 4.
Le dispositif de gestion thermique 100 selon l’invention comporte un circuit d’admission d’air 3 destiné à être traversé par un flux d’air circulant depuis une zone d’admission, désignée par la flèche Fl d’entrée du flux d’air, et qui alimente le moteur à combustion interne 5Tel que cela a pu être précisé précédemment, le circuit d’admission d’air 3 comporte une ligne principale L1 et une ligne de dérivation L2 qui est connectée à la ligne principale L1 par un premier point de jonction 13 amont et par un deuxième point de jonction 14 aval. La ligne principale L1 comporte une vanne de dérivation 7 disposée entre les premier et deuxième points de jonctions 13, 14 et dont le pilotage permet de piloter le passage d’air dans la ligne principale L1 et/ou dans la ligne de dérivation L2. La ligne de dérivation comporte, dans l’exemple illustré ici, un compresseur de suralimentation électrique 6 et qui est destiné à suralimenter le moteur à combustion interne 5. Dans le premier agencement illustré sur la figure 2, l’échangeur thermique passif 1 est ménagé dans une portion du conduit 4 de la ligne principale Ll, entre le deuxième point de jonction 14 et le moteur à combustion interne 5- L’échangeur thermique passif 1 est destiné à traiter thermiquement le flux d’air d’admission avant qu’il ne pénètre dans le moteur à combustion interne 5, que le flux d’air d’admission soit passé par la ligne principale Ll et/ou la ligne de dérivation L2.The thermal management device 100 according to the invention comprises an air intake circuit 3 intended to be traversed by a flow of air circulating from an intake zone, designated by the arrow F1 for entering the flow of air, and which feeds the internal combustion engine 5 As may have been specified previously, the air intake circuit 3 comprises a main line L1 and a bypass line L2 which is connected to the main line L1 by a first upstream junction point 13 and through a second downstream junction point 14. The main line L1 comprises a bypass valve 7 disposed between the first and second junction points 13, 14 and the control of which makes it possible to control the passage of air in the main line L1 and / or in the bypass line L2. The bypass line comprises, in the example illustrated here, an electric supercharging compressor 6 and which is intended to supercharging the internal combustion engine 5. In the first arrangement illustrated in FIG. 2, the passive heat exchanger 1 is provided in a portion of the duct 4 of the main line Ll, between the second junction point 14 and the internal combustion engine 5- The passive heat exchanger 1 is intended to heat treat the flow of intake air before it does not enter the internal combustion engine 5, that the intake air flow has passed through the main line L1 and / or the bypass line L2.
La figure 3 illustre la circulation de l’air d’admission dans le dispositif de gestion thermique 100 selon un premier mode de fonctionnement du procédé de gestion thermique de l’air d’admission au cours duquel l’air d’admission est comprimé par le compresseur de suralimentation électrique 6 puis est refroidi par l’échangeur thermique passif 1 disposé, selon le premier agencement de la figure 2, entre le deuxième point de jonction 14 et le moteur à combustion interne 5Au cours de ce premier mode de fonctionnement, dite également phase de suralimentation, la vanne de dérivation 7 de la ligne principale Ll du circuit d’admission d’air 3 est fermée afin de permettre à l’air d’admission de circuler dans la ligne de dérivation L2 et de traverser le compresseur de suralimentation électrique 6 en vue de suralimenter le moteur à combustion interne 5. En sortie du compresseur de suralimentation électrique 6, l’air comprimé devenu chaud, jusqu’à pouvoir atteindre 2OO°C dans le cas d’un moteur turbocompressé, doit être refroidi à 30°C avant son admission dans le moteur à combustion interne 5· Le refroidissement du flux d’air chaud est obtenu par circulation de l’air à travers l’échangeur thermique passif 1 et par évacuation progressive de la chaleur sous l’effet de l’inertie thermique propre importante de l’échangeur thermique passif 1.FIG. 3 illustrates the circulation of the intake air in the thermal management device 100 according to a first mode of operation of the thermal management method of the intake air during which the intake air is compressed by the electric supercharging compressor 6 then is cooled by the passive heat exchanger 1 arranged, according to the first arrangement of FIG. 2, between the second junction point 14 and the internal combustion engine 5 During this first operating mode, called also supercharging phase, the bypass valve 7 of the main line L1 of the air intake circuit 3 is closed in order to allow the intake air to circulate in the bypass line L2 and pass through the compressor. electric supercharging 6 with a view to supercharging the internal combustion engine 5. At the output of the electric supercharging compressor 6, the compressed air becomes hot, until it can reach 2OO ° C in the case of a turbocharged engine, must be cooled to 30 ° C before being admitted to the internal combustion engine 5 · Cooling of the hot air flow is obtained by circulation of air through the passive heat exchanger 1 and by progressive evacuation of the heat under the effect of the significant inherent thermal inertia of the passive heat exchanger 1.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le flux d’air chaud est refroidi par échange thermique avec le matériau additionnel stagnant de stockage thermique intégré dans l’échangeur thermique passif 1, le matériau additionnel pouvant être tel que précisé précédemment un matériau à changement de phase.According to a preferred embodiment of the invention, the flow of hot air is cooled by heat exchange with the stagnant additional thermal storage material integrated in the passive heat exchanger 1, the additional material possibly being as specified above a material phase change.
La figure 4 illustre la circulation de l’air d’admission dans le dispositif de gestion thermique 100 selon un deuxième mode de fonctionnement du procédé de gestion thermique de l’air d’admission au cours duquel le compresseur de suralimentation électrique 6 ne fonctionne pas et l’échangeur thermique passif 1 thermique, disposé, selon le premier agencement de la figure 2, en aval du deuxième point de jonction 14 et en amont du moteur à combustion interne 5, est refroidi.FIG. 4 illustrates the circulation of the intake air in the thermal management device 100 according to a second mode of operation of the thermal management method of the intake air during which the electric supercharging compressor 6 does not operate and the passive heat exchanger 1 thermal, arranged, according to the first arrangement of Figure 2, downstream of the second junction point 14 and upstream of the internal combustion engine 5, is cooled.
Au cours de ce deuxième mode de fonctionnement, la vanne de dérivation 7 de la ligne principale L1 du circuit d’admission d’air 3 est ouverte afin de permettre le contournement de la ligne de dérivation L2 et d’empêcber la circulation de l’air à travers le compresseur de suralimentation électrique 6. L’air d’admission froid, qui circule dans la ligne principale Ll, traverse l’écbangeur thermique passif 1 et refroidit ainsi ce dernier.During this second mode of operation, the bypass valve 7 of the main line L1 of the air intake circuit 3 is open in order to allow the bypass of the bypass line L2 and to prevent circulation of the air through the electric supercharging compressor 6. The cold intake air, which circulates in the main line L1, passes through the passive heat exchanger 1 and thus cools the latter.
Le refroidissement de l’échangeur thermique passif 1 est assuré, d’une part, par l’air d’admission froid qui le traverse en circulant dans la ligne principale Ll et, d’autre part, par échange de calories avec l’air ambiant venant de l’extérieur par conduction thermique à travers le conduit 4 de la ligne principale Ll dans lequel l’échangeur thermique passif 1 est ménagé.The cooling of the passive heat exchanger 1 is ensured, on the one hand, by the cold intake air which passes through it by circulating in the main line L1 and, on the other hand, by exchange of calories with the air ambient coming from the outside by thermal conduction through the conduit 4 of the main line L1 in which the passive heat exchanger 1 is provided.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’échangeur thermique passif 1 renferme un matériau additionnel à changement de phase. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le matériau additionnel à changement de phase absorbe et stocke des frigories qui pourront être restituées ultérieurement au flux d’air pour le refroidir lors d’un nouveau cycle de fonctionnement, et notamment lors du premier mode de fonctionnement, du dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission. Du refroidissement de l’échangeur thermique passif 1, il résulte qu’en sortie de l’échangeur thermique passif 1 sur la ligne principale Ll et en amont du moteur à combustion interne 5, le flux d’air est partiellement réchauffé par échange thermique avec le matériau additionnel à changement de phase qui lui cède des calories engrangées lors de la précédente phase de fonctionnement.According to a preferred embodiment of the invention, the passive heat exchanger 1 contains an additional material with phase change. In this second operating mode, the additional phase change material absorbs and stores frigories which can be restored later to the air flow to cool it during a new operating cycle, and in particular during the first operating mode, of the thermal management device 100 of the intake air. From the cooling of the passive heat exchanger 1, it follows that at the outlet of the passive heat exchanger 1 on the main line L1 and upstream of the internal combustion engine 5, the air flow is partially heated by heat exchange with the additional phase change material which gives it calories accumulated during the previous operating phase.
convient de noter que le réchauffement partiel du flux d’air en sortie de l’échangeur thermique passif dans ce deuxième mode de fonctionnement vise à obtenir un flux d’air en admission du moteur qui présente une température se rapprochant de la température souhaitée de 3O°C du flux d’air en admission du moteur dans le premier mode de fonctionnement.it should be noted that the partial heating of the air flow at the outlet of the passive heat exchanger in this second operating mode aims to obtain an air flow at the intake of the engine which has a temperature approaching the desired temperature of 3O ° C of the intake air flow of the engine in the first operating mode.
La figure 5 illustre le dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission de l’invention selon un second agencement de l’échangeur thermique passif 1. Tel que cela va être décrit ci-après, ce premier agencement est associé à un procédé de gestion thermique de l’air d’admission, également objet de l’invention, et dont les étapes de fonctionnement sont illustrées par les figures 6 et 7.FIG. 5 illustrates the thermal management device 100 of the intake air of the invention according to a second arrangement of the passive heat exchanger 1. As will be described below, this first arrangement is associated with a thermal management process of the intake air, also subject of the invention, and the operating steps of which are illustrated in FIGS. 6 and 7.
Conformément à ce qui a pu être décrit précédemment pour le premier agencement, le circuit d’admission d’air 3 est destiné à être traversé par un flux d’air circulant depuis une zone d’admission, désignée par la flèche Fl d’entrée du flux d’air, jusqu’à une zone d’évacuation située en aval du moteur à combustion interne 5. Le circuit d’admission d’air 3 comporte une ligne principale L1 et une ligne de dérivation L2 qui est connectée à la ligne principale L1 par un premier point de jonction 13 amont et par un deuxième point de jonction 14 aval. La ligne principale L1 comporte une vanne de dérivation 7 disposée entre les premier et deuxième points de jonctions 13, 14 et la ligne de dérivation comporte un compresseur de suralimentation électrique 6, de préférence refroidi à l’air, et qui est destiné à suralimenter le moteur à combustion interne 5.In accordance with what could have been described previously for the first arrangement, the air intake circuit 3 is intended to be traversed by a flow of air circulating from an intake zone, designated by the arrow F1 of entry of the air flow, to an exhaust zone located downstream of the internal combustion engine 5. The air intake circuit 3 comprises a main line L1 and a bypass line L2 which is connected to the line main L1 by a first upstream junction point 13 and by a second downstream junction point 14. The main line L1 comprises a bypass valve 7 disposed between the first and second junction points 13, 14 and the bypass line comprises an electric supercharging compressor 6, preferably air-cooled, which is intended to supercharge the internal combustion engine 5.
Dans le second agencement, l’échangeur thermique passif 1 est ménagé dans une portion du conduit 4 participant à former la ligne de dérivation L2, en aval du compresseur de suralimentation électrique 6 et en amont du deuxième point de jonction 14. L’échangeur thermique passif 1 est destiné à refroidir le flux d’air d’admission avant qu’il ne pénètre dans le moteur à combustion interne 5. Cette configuration, où l’échangeur thermique passif 1 est disposé sur la ligne de dérivation L2, présente l’avantage, lorsque le flux d’air passe intégralement dans la ligne principale L1 et que le compresseur de suralimentation électrique 6 ne fonctionne pas, d’éviter toute perte de charge qu’impliquerait le passage d’air dans l’échangeur thermique passif.In the second arrangement, the passive heat exchanger 1 is formed in a portion of the duct 4 participating in forming the bypass line L2, downstream of the electric supercharging compressor 6 and upstream of the second junction point 14. The heat exchanger passive 1 is intended to cool the intake air flow before it enters the internal combustion engine 5. This configuration, where the passive heat exchanger 1 is disposed on the bypass line L2, presents the advantage, when the air flow passes integrally in the main line L1 and the electric supercharging compressor 6 does not work, to avoid any pressure drop that would imply the passage of air in the passive heat exchanger.
La figure 6 illustre la circulation de l’air d’admission dans le dispositif de gestion thermique 100 selon un premier mode de fonctionnement du procédé de gestion thermique de l’air d’admission au cours duquel l’air d’admission est comprimé par le compresseur de suralimentation électrique 6 puis est refroidi par l’échangeur thermique passif 1 disposé, selon le second agencement de la figure 5, sur la ligne de dérivation L2 entre le compresseur de suralimentation électrique 6 et le deuxième point de jonction 14.FIG. 6 illustrates the circulation of the intake air in the thermal management device 100 according to a first mode of operation of the thermal management process of the intake air during which the intake air is compressed by the electric supercharging compressor 6 then is cooled by the passive heat exchanger 1 arranged, according to the second arrangement of FIG. 5, on the bypass line L2 between the electric supercharging compressor 6 and the second junction point 14.
Au cours de ce premier mode de fonctionnement, dite également phase de suralimentation, la position de la vanne de dérivation 7 de la ligne principale L1 du circuit d’admission d’air 3 permet à l’air d’admission de circuler dans la ligne de dérivation L2 et de traverser le compresseur de suralimentation électrique 6 en vue de suralimenter le moteur à combustion interne 5- En sortie du compresseur de suralimentation électrique 6, l’air comprimé devenu chaud, jusqu’à pouvoir atteindre 2OO°C dans le cas d’un moteur turbocompressé, doit être refroidi à 3O°C avant son admission dans le moteur à combustion interne 5- Le refroidissement du flux d’air chaud en sortie du compresseur est obtenu par circulation de l’air à travers l’échangeur thermique passif 1, disposé directement en sortie du compresseur de suralimentation électrique 6, et par évacuation progressive de la chaleur vers l’extérieur par conduction thermique sous l’effet de l’inertie thermique propre importante de l’échangeur thermique passif 1. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le flux d’air chaud est refroidi par échange thermique avec le matériau additionnel stagnant de stockage thermique intégré dans l’échangeur thermique passif 1. Dans le cas où le matériau additionnel est un matériau à changement de phase, le matériau présent dans l’échangeur thermique passif est apte à absorber des calories dégagées par le flux d’air qui balaie les surfaces d’échanges de chaleur.During this first operating mode, also called the supercharging phase, the position of the bypass valve 7 of the main line L1 of the air intake circuit 3 allows the intake air to circulate in the line bypass L2 and pass through the electric supercharging compressor 6 with a view to supercharging the internal combustion engine 5- At the output of the electric supercharging compressor 6, the compressed air become hot, until it can reach 200 ° C. in the case of a turbocharged engine, must be cooled to 30 ° C before admission to the internal combustion engine 5- Cooling of the hot air flow at the outlet of the compressor is obtained by circulation of air through the heat exchanger passive 1, disposed directly at the outlet of the electric supercharging compressor 6, and by progressive evacuation of the heat to the outside by thermal conduction under the effect of the inertia th significant clean ermic of the passive heat exchanger 1. According to a preferred embodiment of the invention, the flow of hot air is cooled by heat exchange with the additional stagnant thermal storage material integrated in the passive heat exchanger 1. In the case where the additional material is a phase change material, the material present in the passive heat exchanger is able to absorb calories released by the air flow which scans the heat exchange surfaces.
La figure 7 illustre la circulation de l’air d’admission dans le dispositif de gestion thermique 100 selon un deuxième mode de fonctionnement du procédé de gestion thermique de l’air d’admission au cours duquel le compresseur de suralimentation électrique 6 fonctionne à bas régime, voire ne fonctionne pas, et l’échangeur thermique passif 1, disposé, selon le second agencement de la figure 5, en aval du compresseur de suralimentation électrique 6 et en amont du deuxième point de jonction 14, est refroidi.FIG. 7 illustrates the circulation of the intake air in the thermal management device 100 according to a second mode of operation of the thermal management method of the intake air during which the electric supercharging compressor 6 operates at low regime, or even does not work, and the passive heat exchanger 1, arranged, according to the second arrangement of Figure 5, downstream of the electric supercharging compressor 6 and upstream of the second junction point 14, is cooled.
Bien que, au cours de ce deuxième mode de fonctionnement, la vanne de dérivation 7 de la ligne principale L1 du circuit d’admission d’air 3 soit ouverte, un flux d’air restreint circule dans la ligne de dérivation L2 et permet à l’échangeur thermique passif 1 de retrouver rapidement son état d’origine, l’air d’admission froid qui circule dans la ligne de dérivation L2 traversant l’échangeur thermique passif 1 et le refroidissant.Although, during this second operating mode, the bypass valve 7 of the main line L1 of the air intake circuit 3 is open, a restricted air flow circulates in the bypass line L2 and allows the passive heat exchanger 1 to quickly return to its original state, the cold intake air which circulates in the bypass line L2 passing through the passive heat exchanger 1 and cooling it.
Le refroidissement de l’échangeur thermique passif 1 est assuré, d’une part, par l’air d’admission froid qui le traverse en circulant dans la ligne de dérivation L2 et, d’autre part, par échange de calories avec l’air ambiant venant de l’extérieur par conduction thermique à travers le conduit 4 de la ligne de dérivation L2 dans lequel l’échangeur thermique passif 1 est ménagé. Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, l’échangeur thermique passif 1 renferme un matériau additionnel à changement de phase, ledit matériau additionnel à changement de phase absorbe et stocke des frigories qui pourront être restituées ultérieurement au flux d’air pour le refroidir lors d’un nouveau cycle de fonctionnement du dispositif de gestion thermique 100 de l’air d’admission. Du refroidissement de l’échangeur thermique passif 1, il résulte qu’en sortie de l’échangeur thermique passif 1 sur la ligne de dérivation L2, le flux d’air est partiellement réchauffé par échange thermique avec le matériau additionnel à changement de phase qui lui cède des calories engrangées lors de la précédente phase de fonctionnement.The cooling of the passive heat exchanger 1 is ensured, on the one hand, by the cold intake air which passes through it by circulating in the bypass line L2 and, on the other hand, by exchange of calories with the ambient air coming from outside by thermal conduction through the conduit 4 of the bypass line L2 in which the passive heat exchanger 1 is formed. According to a preferred embodiment of the invention, the passive heat exchanger 1 contains an additional material with phase change, said additional material with phase change absorbs and stores frigories which can be restored later to the air flow for the cool during a new operating cycle of the thermal management device 100 of the intake air. From the cooling of the passive heat exchanger 1, it follows that at the outlet of the passive heat exchanger 1 on the bypass line L2, the air flow is partially heated by heat exchange with the additional phase change material which gives him the calories he collected during the previous operating phase.
La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixée et notamment de proposer un dispositif de gestion thermique de l’air d’admission d’un moteur à combustion interne, atmosphérique et/ou turbocompressé, qui comporte un échangeur thermique passif, compact et facilement intégrable, apte à refroidir efficacement, par son inertie thermique propre, un flux d’air circulant sur une ligne principale et/ou une ligne de suralimentation d’un circuit d’admission d’air.The foregoing description clearly explains how the invention makes it possible to achieve the objectives which it has set itself and in particular to propose a device for thermal management of the intake air of an internal combustion engine, atmospheric and / or turbocharged, which includes a passive heat exchanger, compact and easily integrated, capable of effectively cooling, by its own thermal inertia, an air flow circulating on a main line and / or a supercharging line of an intake circuit air.
L’invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement donnés dans ce document à titre d’exemples non limitatifs, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. Ainsi, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, dès lors que, conformément à l’invention, le dispositif de gestion thermique de l’air d’admission comporte au moins un échangeur thermique passif dont l’inertie thermique propre est importante.The invention cannot be limited to the embodiments specifically given in this document by way of nonlimiting examples, and extends in particular to all equivalent means and to any technically operative combination of these means. Thus, the characteristics, the variants and the various embodiments of the invention can be associated with one another, according to various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive of each other. One can in particular imagine variants of the invention comprising only a selection of the characteristics described, since, in accordance with the invention, the device for thermal management of the intake air comprises at least one passive heat exchanger of which clean thermal inertia is important.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1854824A FR3081937A1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1854824A FR3081937A1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| FR1854824 | 2018-06-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3081937A1 true FR3081937A1 (en) | 2019-12-06 |
Family
ID=63722509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1854824A Pending FR3081937A1 (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3081937A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19962391A1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-06-28 | Behr Industrietech Gmbh & Co | Intercooler |
| DE20317182U1 (en) * | 2003-11-05 | 2004-02-12 | KF Kühlerbau Freiberg GmbH | Compact cooler for turbocharged IC engines has an array of heat pipes set upstream to conventional cooling coils and with the heat pipes designed to operate above a selected temperature |
| EP2275654A2 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-19 | Bayerische Motoren Werke | Device for cooling charged gas and method of operating same |
| WO2013076103A1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-05-30 | Valeo Systemes Thermiques | System for the thermal management of a supercharging air circuit |
| WO2015066060A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | Eaton Corporation | Boost system including turbo and hybrid drive supercharger |
| FR3056290A1 (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-23 | Valeo Systemes Thermiques | THERMAL CONTROL DEVICE |
-
2018
- 2018-06-04 FR FR1854824A patent/FR3081937A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19962391A1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-06-28 | Behr Industrietech Gmbh & Co | Intercooler |
| DE20317182U1 (en) * | 2003-11-05 | 2004-02-12 | KF Kühlerbau Freiberg GmbH | Compact cooler for turbocharged IC engines has an array of heat pipes set upstream to conventional cooling coils and with the heat pipes designed to operate above a selected temperature |
| EP2275654A2 (en) * | 2009-07-17 | 2011-01-19 | Bayerische Motoren Werke | Device for cooling charged gas and method of operating same |
| WO2013076103A1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-05-30 | Valeo Systemes Thermiques | System for the thermal management of a supercharging air circuit |
| WO2015066060A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | Eaton Corporation | Boost system including turbo and hybrid drive supercharger |
| FR3056290A1 (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-23 | Valeo Systemes Thermiques | THERMAL CONTROL DEVICE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2847973A1 (en) | HEAT EXCHANGER WITH THERMAL INERTIA FOR HEAT FLUID CIRCUIT, ESPECIALLY A MOTOR VEHICLE. | |
| EP3134628B1 (en) | Heat exchanger for a motor vehicle | |
| FR2933747A1 (en) | COOLING AIR COOLER | |
| FR3037102B1 (en) | TURBOCOMPRESSED ENGINE ASSEMBLY WITH TWO EXHAUST DUCTS AND CONTROL VALVE | |
| WO2015149949A1 (en) | Heat exchanger for a motor vehicle | |
| FR3054170A1 (en) | AIR CONDITIONING LOOP OF MOTOR VEHICLE | |
| FR3056290A1 (en) | THERMAL CONTROL DEVICE | |
| WO2003102396A1 (en) | Heat exchange module for enclosing a motor vehicle engine | |
| FR3079880A1 (en) | DUAL FLOW ADMISSION MODULE | |
| EP1432907B1 (en) | Improved device for thermally controlling the intake air of the internal combustion engine of a motor vehicle | |
| FR3056641A1 (en) | SYSTEM FOR COOLING A CIRCUIT OF A FIRST FLUID OF A TURBOMACHINE | |
| EP2999864B1 (en) | Charge air cooler and associated charge air circuit | |
| FR3081937A1 (en) | DEVICE FOR THERMAL MANAGEMENT OF THE INTAKE AIR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
| WO2005001275A2 (en) | Method for regulating the temperature of admitted gases in a thermal engine of an automobile and system for carrying out this method | |
| FR2884864A1 (en) | Cooling device for e.g. petrol engine, has auxiliary cooling circuit with cooler and pump, such that when thermostatic valve of main coolant circuit is closed, pump circulates coolant inside cooler and across radiator of coolant circuit | |
| WO2018104506A1 (en) | Heat exchanger, in particular a charge air heat exchanger for a motor vehicle | |
| FR2774635A1 (en) | Cooler for vehicle engine diesel fuel returned to fuel tank | |
| WO2013076103A1 (en) | System for the thermal management of a supercharging air circuit | |
| FR2955621A1 (en) | Supercharging air filtering case for use in supercharging air cooling system of vehicle e.g. motor vehicle such as car, has filtering cartridge trapping water molecules from supercharging air by utilizing zeolite | |
| FR2997487A1 (en) | COLLECTOR BOX FOR A HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR A MOTOR VEHICLE ENGINE SUPERVISING AIR COOLER | |
| FR2947872A1 (en) | System for controlling temperature of supercharging gas of heat engine of vehicle, has heat exchanger incorporated to another heat exchanger, where former heat exchanger cools or heats supercharging gas | |
| FR2819344A1 (en) | Battery powered vehicle with batteries cooled by evaporator in air conditioning system, uses refrigerant path in parallel with evaporator for supplementary evaporator formed by tubes round battery | |
| FR3141759A1 (en) | HEAT EXCHANGER COMPRISING SECTIONS OF VARIABLE SIZES, PARTICULARLY FOR A TURBOMACHINE OF AN MOTOR VEHICLE | |
| FR3103516A1 (en) | AIR COOLING SYSTEM OF AN EXHAUST MANIFOLD | |
| FR3032487A1 (en) | TURBOCHARGER ENGINE ASSEMBLY WITH TWO EXHAUST DUCTS WITH RECIRCULATION LINE AND REGULATION DEVICE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20191206 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| RX | Complete rejection |
Effective date: 20211209 |