WO2005116415A1 - Refroidisseur d’air d’admission pour moteur thermique dote d’un turbocompresseur - Google Patents

Refroidisseur d’air d’admission pour moteur thermique dote d’un turbocompresseur Download PDF

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WO2005116415A1
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WO
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heat exchange
fluid box
air
engine
charge air
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/001056
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Inventor
Carlos Martins
Michel Potier
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Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B29/0418—Layout of the intake air cooling or coolant circuit the intake air cooler having a bypass or multiple flow paths within the heat exchanger to vary the effective heat transfer surface
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    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of turbocharger heat engines, in particular for motor vehicles.
  • a turbocharger of the type comprising an air duct connecting the turbocharger to the engine intake and a cooler mounted on the air duct for cool the charge air sent to the engine intake.
  • Heat engines used on motor vehicles, and in particular diesel engines, are most often fitted with a turbocharger to improve engine performance.
  • turbocharger driven by engine exhaust gases, produces pressurized air, also called “charge air", which is sent to the engine intake.
  • pressurized air also called “charge air”
  • a turbocharger heat engine is supplied by pressurized air, unlike the conventional heat engine which is supplied by air at atmospheric pressure.
  • RAS charge air cooler
  • a cooler which cools the charge air by heat exchange with a flow of liquid, for example water.
  • an exchanger comprises an inlet fluid box, a heat exchange body and an outlet fluid box.
  • the object of the invention is in particular to overcome this drawback.
  • It aims in particular to optimize the dimensions of the heat exchange body in order to solve the manufacturing problems and to guarantee the performance of the charge air cooler, by avoiding high pressure drops.
  • the invention proposes for this purpose a charge air cooler sent to the intake of a heat engine, said cooler being able to have dimensions to be installed on the engine.
  • said charge air cooler comprises a first and a second heat exchange body connected together by a central fluid box located between the two heat exchange bodies, the first body heat exchange, respectively the second heat exchange body, opening laterally and opposite the central fluid box in a first lateral fluid box, respectively in a second lateral fluid box.
  • a conventional charge air cooler comprises a single heat exchange body
  • the invention provides a heat cooler which, with the same conventional dimensions, comprises two heat exchange bodies in which the flow of the charge air to be cooled is shared. The latter thus make it possible to reduce at least half the size of the plates or tubes of each heat exchange body and thus reduce the pressure losses in each heat exchange body.
  • the lateral fluid boxes are molded from plastics, in particular of the polyamide 6.6 (PA6.6) type, and the two heat exchange bodies comprise a common envelope made of aluminum alloy forming the central fluid box.
  • PA6.6 polyamide 6.6
  • the use of plastic compared to the use of a metal alloy for example of an aluminum alloy for the manufacture of the side fluid boxes makes it possible not only to reduce the cost but also of ease the manufacture of forms more complicated side fluid boxes.
  • the use of plastic is subject to the temperature of the air circulating in the side fluid boxes.
  • the central fluid box comprises a inlet channel for the charge air opening on either side along its length in the two heat exchange body.
  • Each lateral fluid box is an outlet box for the charge air having passed through the corresponding heat exchange body, each lateral fluid box opening onto an air intake plenum (also called the air intake chamber). 'air) contained in the engine.
  • the central fluid box comprises a intake air intake manifold and an outlet opening provided with a valve having a movable member displaceable between a position for deflection of the intake air in the engine air intake plenum, in which air is able to circulate from the inlet pipe to the outlet opening without passing through the heat exchange bodies, and a closed position, in which the air is able to circulate from the inlet pipe to the lateral fluid boxes through the heat exchange bodies.
  • This option allows in particular to choose whether or not to cool either all of the charge air, or part of the charge air, in particular in a so-called “in-line” engine, that is to say that the cylinders of the engine are in line as well as the air intake pipes in the engine included in the charge air intake plenum.
  • the central fluid box includes two charge air inlets and a longitudinal partition defining two parallel channels for charge air inlet, each channel opening along its length in one of the two exchange bodies heat.
  • each fluid box side is a charge air inlet box opening into the corresponding heat exchange body
  • the central fluid box is a charge air outlet box having passed through the heat exchange bodies, the central fluid box opening onto an air intake plenum that the engine contains.
  • the two heat exchange bodies are V-shaped, interconnected by the central fluid box.
  • the two heat exchange bodies are in the same plane, interconnected by the central fluid box.
  • intake generally designates the intake manifold which receives the charge air and which directs it towards the cylinders of the engine.
  • FIG. 1 shows an air intake circuit known from the prior art where the precooled charge air is sent directly to the engine intake;
  • - Figure 2 is a top view of the charge air cooler integrated in the intake plenum of an in-line engine according to a first embodiment of the invention
  • - Figure 3 and Figure 4 are respectively a cross-sectional view AA and a longitudinal sectional view BB of the charge air cooler of Figure 2;
  • FIG. 5 is a top view of the charge air cooler capable of being integrated into the intake plenum of a V-engine according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 6 and Figure 7 are respectively a longitudinal sectional view C-C of Figure 5 according to a first option and a longitudinal sectional view C-C of Figure 5 according to a second option;
  • FIG. 8 is a top view of the charge air cooler integrated into the intake plenum of a V-engine according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view D-D of Figure 8.
  • FIG. 1 represents a heat engine 40, in particular a diesel engine, intended for a motor vehicle, in particular for a passenger vehicle.
  • a heat engine 40 in particular a diesel engine, intended for a motor vehicle, in particular for a passenger vehicle.
  • the engine 40 includes an intake manifold 42 (hereinafter called “intake” for simplicity) and an exhaust manifold 44 (hereinafter called “exhaust” for simplicity).
  • the engine 40 is supplied by an intake air circuit comprising an air duct 46 connecting a turbocharger 48 to the intake 42 of the engine.
  • the turbocharger 48 is driven by the engine exhaust gases from the exhaust manifold 44 through the conduit 76 and is supplied by outside air. It produces a flow of pressurized air, called “charge air”, which is sent to the intake 42 of the engine.
  • the air duct 46 supplies a charge air cooler 2 (abbreviated as "RAS") which is installed on the engine 40. This cooler has the function of cooling the charge air by heat exchange with the liquid d 'a secondary cooling circuit (not shown). It is therefore an air / water type heat exchanger.
  • RAS charge air cooler
  • the cooler 2 is installed on the engine 40, which allows it to be connected directly to the air intake plenum (also called the air intake chamber).
  • the air intake plenum also called the air intake chamber
  • FIG. 2 illustrates a charge air cooler 2 according to a first embodiment of the invention.
  • This charge air cooler 2 comprises two heat exchange bodies 10 and 13 connected together by a central fluid box 6 and opening out laterally each in a lateral fluid box 8, respectively 9 placed opposite the central fluid box.
  • the charge air to be cooled by this cooler 2 enters according to arrow F5 through an inlet pipe 16 in the central fluid box 6.
  • the heat exchange bodies and the central fluid box are combined in an envelope metal alloy, for example aluminum alloy.
  • the central fluid box 6 is defined by a space between the two heat exchange bodies delimited by this envelope and opening on either side along its length in the channels of the heat exchange bodies. This space is also called an inlet channel. Once entered into the central fluid box, the charge air is directed on one side according to the arrow FI in the channels of the first heat exchange body 10 and the other side according to arrow F2 in the channels of the second heat exchange body.
  • the charge air After passing in the opposite directions on the one hand the channels of the heat exchange body 10 and on the other hand the channels of the heat exchange body 13, the charge air emerges on one side in the box with lateral fluid 8 and on the other side in the lateral fluid box 9.
  • the charge air circulates from the side fluid boxes 8 and 9 in the air intake plenum 4 according to arrows F3 and F4 before being sent into the air intake pipes 18 of the cylinders of the in-line engine.
  • the air intake plenum 4 of an in-line engine is composed of a tube placed horizontally, opening onto the air intake pipes 18 placed along its length and folded in the horizontal plane at its ends to each receive the end of one of the lateral fluid boxes.
  • the cooler 2 is placed horizontally under the hood and is connected to the air intake plenum 4 of the in-line engine in the horizontal plane defined by the plane of FIG. 2.
  • the central fluid box 6 comprises an air vacuum valve 20 in the intake air intake pipe 16 in order to create, when this valve is closed, a vacuum air in the engine air intake chamber to allow exhaust gases to enter this air intake chamber.
  • This can be useful for re-burning exhaust gases in the engine cylinders and reducing the emission of harmful gases.
  • This valve 15 comprises a movable member displaceable between a deflection position corresponding to a position opening in which the charge air entering through the intake manifold 16 of the charge air cooler flows into the air intake plenum
  • This valve 15 can be actuated by a micromotor controlled by a control circuit taking into account the operating parameters of the engine.
  • this deflection valve 15 the temperature of the charge air on admission to the engine can be regulated. In some cases, for example when it is very cold, the charge air does not need to be cooled. In these cases, the valve 15 is completely open.
  • Each heat exchange body 10 and 13 is formed of parallel channels between them 11 and extending from the central fluid box to the lateral fluid boxes 8 and 9. In these parallel channels, the charge air flows from the central fluid box towards the lateral fluid boxes 8 and 9.
  • channels 11 are, in known manner, formed on the one hand by straight plates parallel to each other and to the casing of the cooler and extending from the central fluid box to the lateral fluid boxes 8 and 9, and on the other hand by corrugated fins positioned between the straight plates and fixed to them by brazing, each corrugation forming a channel 11 of charge air.
  • Each straight plate defines passages in which a cooling fluid, for example cooling water, circulates, these passages possibly being perpendicular to the channels 11.
  • the channels 11 in which the charge air circulates can also be defined by parallel fins between them and connected perpendicularly to parallel tubes between them forming a bundle of tubes in which the coolant circulates. These examples of embodiment of channels are not limiting.
  • References 12 and 14 respectively define the entry according to arrow F6 of the cooling fluid in the charge air cooler 2, and the outlet pipe of the cooling fluid according to arrow F7.
  • the circuit of the coolant of the charge air cooler makes it possible to bathe the channels 11 for circulation of the charge air.
  • the lateral fluid boxes 8 and 9 are advantageously molded from plastic, for example polyamide type 6 PA 6.6 which is an inexpensive plastic.
  • This plastic embodiment of the lateral fluid boxes 8 and 9 is possible insofar as the charge air, after passage through the heat exchange bodies 10 and 13, is at a temperature below the maximum temperature supported by the plastic used to make the lateral fluid boxes 8 and 9.
  • this maximum temperature is of the order of approximately 200 ° C.
  • plastic allows the production of complex molded shapes for the lateral fluid boxes 8 and 9.
  • FIG. 4 shows the charge air cooler 2 in longitudinal section BB.
  • the two heat exchange bodies 10 and 13 are in the same plane which is the horizontal plane when the cooler is placed on the engine.
  • the heat exchange body 10, the central fluid box 6 and the heat exchange body 13 are surrounded by the same metal envelope, for example made of aluminum alloy according to the inlet temperatures of the charge air.
  • the same cooling fluid circuit bathes the two heat exchange bodies 10 and 13. It is possible to provide a different cooling circuit for each heat exchange body .
  • Figures 5, 6 and 7 show a second embodiment of the invention.
  • This second embodiment has a charge air cooler for a so-called "V" engine, that is to say for an engine whose cylinders are arranged in a V shape.
  • the charge air cooler of this embodiment is suitable for adapting to this type of engine.
  • the charge air cooler comprises, as before, two heat exchange bodies 10 and 13 connected together by a central fluid box 26 not comprising a bypass valve.
  • This central fluid box comprises a partition 25 along the length of the central fluid box 26 so as to define two parallel air inlet channels, each channel opening along its length into one of the heat exchange bodies 10 and 13.
  • Two air inlet pipes 16-1 and 16-2 are provided for each .channel delimited by the partition of the central fluid box 26.
  • This embodiment makes it possible in particular to balance the air flows entering each of the heat exchange bodies.
  • This embodiment is advantageous, for example in the case of a double-turbo V engine comprising two separate air circuits, a circuit being connected to an air inlet pipe 16.
  • the heat exchange body 10, respectively 13 opens laterally and opposite the central fluid box on a lateral fluid box 28, respectively 29, comprising outlet pipes 22.
  • These outlet pipes 22 are connected perpendicular to the side fluid boxes.
  • the cooler is suitable for being positioned on the V-engine so that these outlet pipes are placed under the lateral fluid boxes, each outlet pipe 22 fitting onto an air intake pipe of the V-engine.
  • the engine air intake plenum is made up of the V-shaped air intake pipes of the engine.
  • a single coolant circuit is provided, fitted with inlet pipes and output 12 and 14, by way of example.
  • the charge air enters the central fluid box 26, opens on either side along its length in each heat exchange body.
  • the two heat exchange bodies 10 and 13 are in the same plane.
  • the two heat exchange bodies 10 and 13 form a non-zero angle between them and less than 180 °.
  • This embodiment makes it possible to increase the surface area of the two heat exchange bodies 10 and 13 between the central fluid box and the lateral fluid boxes so as to increase the performance of the charge air cooler.
  • the lateral fluid boxes being fixed to the engine air intake plenum, only the position of the central fluid box can vary in height so as to increase or decrease the surface of the heat exchange bodies.
  • this embodiment allows the shape of the charge air cooler to be adapted to the V shape of the engine.
  • the lateral fluid boxes 28 and 29, comprising the outlet pipes 22 can advantageously be molded in plastic.
  • the length of the fluid box defines the dimension over which the charge air can enter the channels of the heat exchange bodies from the intake of the charge air.
  • the charge air cooler comprises, as before, two heat exchange bodies 10 and 13 interconnected by a central air box 36 and laterally each comprising a lateral air box 38, 39 located opposite of the central fluid box.
  • the charge air cooler is provided with a coolant circuit comprising an inlet pipe 12 and an outlet pipe 14 for the coolant.
  • a separate cooling circuit for each heat exchange body 10 and 13.
  • the two lateral air boxes 38 and 39 each each comprise a charge air inlet pipe 30, 31.
  • the charge air entering the side air boxes 38 and 39 passes through the channels of the heat exchange bodies 10 and 13 according to arrows F14 and F15 then opens into the central air box 36.
  • the central air box 36 is provided with an outlet pipe 32 directed downwards, this is i.e. to the engine once cooler 2 is installed on the engine.
  • This outlet pipe 32 is provided with a vacuum valve
  • the outlet pipe 32 opens onto a pipe 34 connecting the charge air cooler to the air intake pipes of the V-engine.
  • the charge air arriving in the central air box 36 is directed in the tube 34 towards the air intake pipes of the engine.
  • the lateral air boxes 38 and 39 in plastic, for example of the PA6.6 type, provided that the charge air at the inlet of the cooler 2 is at a temperature below the maximum temperature. supported by the plastic forming the lateral fluid boxes 38 and 39, for example 200 °.
  • the invention finds an application to the engines of motor vehicles, and in particular to passenger vehicles.

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Abstract

L'invention concerne un refroidisseur (2) d'air de suralimentation envoyé à l'admission d'un moteur thermique, ce refroidisseur(2) ayant des dimensions pour être implanté sur le moteur. Ce refroidisseur(2) d'air de suralimentation comprend un premier et un deuxième corps d'échange de chaleur (10,13) reliés entre-eux par une boîte à fluide centrale (6), le premier corps d'échange de chaleur (10), respectivement le deuxième corps d'échange de chaleur (13), débouchant dans une première boîte à fluide latérale (8), respectivement dans une deuxième boîte à fluide latérale (9). Application aux moteurs diesels de véhicules automobiles.

Description

Refroidisseur d'air d'admission pour moteur thermique doté d'un turbocompresseur L'invention se rapporte au domaine des moteurs thermiques à turbocompresseur, en particulier pour véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un circuit d'air d'admission pour un moteur thermique doté d'un turbocompresseur, du type comprenant un conduit d'air reliant le turbocompresseur à l'admission du moteur et un refroidisseur monté sur le conduit d'air pour refroidir l'air de suralimentation envoyé à l'admission du moteur. Les moteurs thermiques utilisés sur les véhicules automobiles, et en particulier les moteurs diesels, sont le plus souvent équipés d'un turbocompresseur pour améliorer les performances du moteur .
Le turbocompresseur, entraîné par les gaz d'échappement du moteur, produit de l'air sous pression, encore appelé "air de suralimentation", qui est envoyé à l'admission du moteur. Ainsi, un moteur thermique à turbocompresseur est alimenté par de l'air sous pression, à la différence du moteur thermique classique qui est alimenté par de l'air à pression atmosphérique .
Cependant, comme l'air issu du turbocompresseur se trouve à une température élevée, il est nécessaire de le refroidir avant de l'envoyer vers l'admission du moteur, pour que ce dernier puisse fonctionner dans des conditions optimales.
C'est la raison pour laquelle on utilise un refroidisseur d'air de suralimentation (en abrégé RAS) qui est placé en sortie du turbocompresseur pour abaisser la température de l'air de suralimentation, ce qui permet notamment d'augmenter la masse volumique de l'air et de fournir plus d'air au moteur pour un volume d'air donné.
Il est connu pour cela d'utiliser un refroidisseur qui refroidit l'air de suralimentation par échange thermique avec un flux de liquide, par exemple de l'eau. De façon classique, un tel échangeur comprend une boîte à fluide d'entrée, un corps d'échange thermique et une boîte à fluide de sortie.
Il est connu qu'un tel refroidisseur d'air de suralimentation est implanté sur le moteur afin d'occuper un volume réduit sous le capot moteur. Toutefois, étant donnée la faible hauteur sous le capot, cette position nécessite un refroidisseur de faible hauteur, mais de grandes dimensions pour assurer un échange thermique performant .
Ceci implique de grandes plaques ou de longs tubes formant le corps d'échange de chaleur, ce qui pose des problèmes de fabrication. De plus, un échangeur de grandes dimensions implique de fortes pertes de charge, notamment quand le passage de l'air se fait dans le sens de la plus grande dimension du refroidisseur d'air de suralimentation.
Une solution est de réduire la dimension de ce refroidisseur, mais cela se fait bien entendu au détriment des performances de ce dernier.
L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvénient.
Elle vise en particulier à optimiser les dimensions du corps d'échange de chaleur afin de résoudre les problèmes de fabrication et de garantir les performances du refroidisseur d'air de suralimentation, en évitant de fortes pertes de charge .
L'invention propose à cet effet un refroidisseur d'air de suralimentation envoyé à l'admission d'un moteur thermique, ledit refroidisseur pouvant avoir des dimensions pour être implanté sur le moteur.
Selon une caractéristique principale, ledit refroidisseur d'air de suralimentation comprend un premier et un deuxième corps d'échange de chaleur reliés entre-eux par une boîte à fluide centrale située entre les deux corps d'échange de chaleur, le premier corps d'échange de chaleur, respectivement le deuxième corps d'échange de chaleur, débouchant latéralement et en vis à vis de la boîte à fluide centrale dans une première boîte à fluide latérale, respectivement dans une deuxième boîte à fluide latérale.
Alors qu'un refroidisseur d'air de suralimentation classique comprend un seul corps d'échange de chaleur, l'invention propose un refroidisseur de chaleur qui, avec les mêmes dimensions classiques, comprend deux corps d'échange de chaleur dans lesquelles le flux d'air de suralimentation à refroidir est partagé. Ces derniers permettent de réduire ainsi au moins de moitié la dimension des plaques ou des tubes de chaque corps d'échange de chaleur et réduire ainsi les pertes de charge dans chaque corps d'échange de chaleur.
De manière préférentielle, les boîtes à fluides latérales sont moulées en plastiques, en particulier de type polyamide 6.6 (PA6.6), et les deux corps d'échange de chaleur comprennent une enveloppe commune en alliage d'aluminium formant la boîte à fluide centrale. Ainsi, l'utilisation de plastique par rapport à l'utilisation d'un alliage métallique par exemple d'un alliage d'aluminium pour la fabrication des boîtes à fluide latérales permet non seulement de diminuer le coût mais aussi de facilité la fabrication de formes plus compliquées des boîtes à fluide latérales. L'utilisation de plastique est subordonnée à la température de l'air circulant dans les boîtes à fluide latérales. Selon une réalisation possible, la boîte à fluide centrale comprend un canal d'entrée de l'air de suralimentation débouchant de part et d'autre sur sa longueur dans les deux corps d'échange de chaleur. Chaque boîte à fluide latérale est une boîte de sortie de l'air de suralimentation ayant traversé le corps d'échange de chaleur correspondant, chaque boîte à fluide latérale débouchant sur un plénum d'admission d'air (encore appelé chambre d'admission d'air) que comporte le moteur.
En option dans cette réalisation, la boîte à fluide centrale comprend une tubulure d'entrée d'air de suralimentation et une ouverture de sortie munie d'une vanne ayant un organe mobile déplaçable entre une position de déviation de l'air de suralimentation dans le plénum d'admission d'air du moteur, en laquelle l'air est apte à circuler depuis la tubulure d'entrée vers l'ouverture de sortie sans traverser les corps d'échange de chaleur, et une position de fermeture, en laquelle l'air est apte à circuler depuis la tubulure d'entrée jusqu'aux boîtes à fluide latérales en traversant les corps d'échange de chaleur.
Cette option permet notamment de choisir de refroidir ou non soit la totalité de l'air de suralimentation, soit une partie de l'air de suralimentation, notamment dans un moteur dit "en ligne", c'est-à-dire que les cylindres du moteur sont en ligne ainsi que les tubulures d'admission de l'air dans le moteur comprises dans le plénum d'admission d'air de suralimentation.
Selon une autre option, la boîte à fluide centrale comprend deux entrées d'air de suralimentation et une cloison longitudinale définissant deux canaux parallèles d'entrée de l'air de suralimentation, chaque canal débouchant sur sa longueur dans un des deux corps d'échange de chaleur.
Cette autre option est intéressante dans le cas d'un moteur dit en V a double-turbo, c'est-à-dire que les cylindres du moteur sont disposées en forme de V ainsi que les tubulures d'admission de l'air dans le moteur et que le moteur comporte deux circuits d'air séparés.
Selon une autre réalisation possible, chaque boîte à fluide latérale est une boîte d'entrée de l'air de suralimentation débouchant dans le corps d'échange de chaleur correspondant, la boîte à fluide centrale est une boîte de sortie de l'air de suralimentation ayant traversé les corps d'échange de chaleur, la boîte à fluide centrale débouchant sur un plénum d'admission d'air que comporte le moteur.
En option, les deux corps d'échange de chaleur sont conformés en forme de V, reliés entre-eux par la boîte à fluide centrale.
Cette option est intéressante dans le cas d'un moteur dit en V puisqu'elle permet non seulement de s'adapter a la forme en V du moteur mais aussi d'augmenter la surface d'échange des corps d'échange de chaleur : les boîtes a fluide latérales étant fixées au plénum d'admission d'air du moteur, seule la position de la boîte a. fluide centrale peut varier en hauteur de manière a augmenter ou diminuer la surface des corps d'échange de chaleur.
Selon une autre option, les deux corps d'échange de chaleur sont dans un même plan, reliés entre-eux par la boîte à fluide centrale .
Dans le sens où il est utilisé ici, le terme "admission" désigne de façon générale le collecteur d'admission qui reçoit l'air de suralimentation et qui le dirige vers les cylindres du moteur .
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 montre un circuit d'admission d'air connu de l'art antérieur où l'air de suralimentation prérefroidi est envoyé directement à l'admission du moteur ;
- la Figure 2 est une vue de dessus du refroidisseur à air de suralimentation intégré au plénum d'admission d'un moteur en ligne selon une première réalisation de l'invention; - la Figure 3 et la Figure 4 sont respectivement une vue en coupe transversale A-A et une vue en coupe longitudinale B-B du refroidisseur à air de suralimentation de la figure 2;
- la Figure 5 est une vue de dessus du refroidisseur à air de suralimentation propre à être intégré au plénum d'admission d'un moteur en V selon une deuxième réalisation de l'invention;
- la Figure 6 et la Figure 7 sont respectivement une vue en coupe longitudinale C-C de la Figure 5 selon une première option et une vue en coupe longitudinale C-C de la Figure 5 selon une deuxième option;
- la figure 8 est une vue de dessus du refroidisseur à air de suralimentation intégré au plénum d'admission d'un moteur en V selon une troisième réalisation de l'invention;
- la Figure 9 est une vue en coupe longitudinale D-D de la Figure 8.
On se réfère d'abord à la Figure 1 qui représente un moteur thermique 40, en particulier un moteur diesel, destiné à un véhicule automobile, en particulier à un véhicule de tourisme.
Le moteur 40 comprend un collecteur d'admission 42 (appelé par la suite "admission" pour simplifier) et un collecteur d'échappement 44 (appelé par la suite "échappement" pour simplifier) . Le moteur 40 est alimenté par un circuit d'air d'admission comprenant un conduit d'air 46 reliant un turbocompresseur 48 à l'admission 42 du moteur. Le turbocompresseur 48 est entraîné par les gaz d'échappement du moteur venant du collecteur d'échappement 44 par le conduit 76 et est alimenté par de l'air extérieur. Il produit un flux d'air sous pression, appelé "air de suralimentation", qui est envoyé à l'admission 42 du moteur. Le conduit d'air 46 alimente un refroidisseur 2 d'air de suralimentation (appelé "RAS" en abrégé) qui est implanté sur le moteur 40. Ce refroidisseur a pour fonction de refroidir l'air de suralimentation par échange thermique avec le liquide d'un circuit de refroidissement secondaire (non représenté) . Il s'agit donc d'un échangeur de chaleur du type air/eau.
Le refroidisseur 2 est implanté sur le moteur 40, ce qui permet de le relier directement au plénum d'admission d'air (encore appelé chambre d'admission d'air).
Toutefois, cette implantation sous le capot du véhicule implique une faible hauteur du refroidisseur 2 et donc, pour garantir de bonnes performances, un corps de chaleur de grandes dimensions avec des plaques de grandes dimensions ou des tubes de grandes longueurs. Ces grandes dimensions impliquent certains problèmes comme des problèmes de fabrication ou des problèmes de fortes pertes de charge du refroidisseur d'air. La figure 2 illustre un refroidisseur d'air de suralimentation 2 selon une première réalisation de l'invention. Ce refroidisseur d'air de suralimentation 2 comprend deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 reliés entre eux par une boîte à fluide centrale 6 et débouchant latéralement chacun dans une boîte à fluide latérale 8 , respectivement 9 placée en vis à vis de la boîte à fluide centrale. L'air de suralimentation devant être refroidi par ce refroidisseur 2 entre selon la flèche F5 par une tubulure d'entrée 16 dans la boîte à fluide centrale 6. Les corps d'échange de chaleur et la boîte à fluide centrale sont réunis dans une enveloppe en alliage métallique, par exemple en alliage d'aluminium. La boîte à fluide centrale 6 est définie par un espace entre les deux corps d'échange de chaleur délimité par cette enveloppe et débouchant de part et d'autre sur sa longueur dans les canaux des corps d'échange de chaleur. Cet espace est aussi appelé un canal d'entrée. Une fois entré dans la boîte à fluide centrale, l'air de suralimentation est dirigé d'un côté selon la flèche FI dans les canaux du premier corps d'échange de chaleur 10 et de l'autre côté selon la flèche F2 dans les canaux du deuxième corps d'échange de chaleur.
Après avoir traversé dans des directions opposées d'une part les canaux du corps d'échange de chaleur 10 et d'autre part les canaux du corps d'échange de chaleur 13, l'air de suralimentation débouche d'un côté dans la boîte à fluide latérale 8 et de l'autre côté dans la boîte à fluide latérale 9.
Les boîtes à fluide latérales 8 et 9 étant reliées au plénum d'admission d'air 4 d'un moteur en ligne, l'air de suralimentation circule depuis les boîtes à fluide latérales 8 et 9 dans le plénum d'admission d'air 4 selon les flèches F3 et F4 avant d'être envoyé dans les tubulures d'admission d'air 18 des cylindres du moteur en ligne. Selon la figure 2, le plénum d'admission d'air 4 d'un moteur en ligne est composé d'un tube placé à l'horizontal, débouchant sur les tubulures d'admission d'air 18 placées sur sa longueur et replié dans le plan horizontal à ses extrémités pour recevoir chacune l'extrémité d'une des boîtes à fluide latérale. Ainsi, le refroidisseur 2 est placé horizontalement sous le capot et est relié au plénum d'admission d'air 4 du moteur en ligne dans le plan horizontal définit par le plan de la figure 2.
Selon une option possible de l'invention, la boîte à fluide centrale 6 comprend une vanne de dépression d'air 20 dans la tubulure d'entrée d'air de suralimentation 16 afin de créer, lors de la fermeture de cette vanne, une dépression d'air dans la chambre d'admission d'air du moteur pour permettre aux gaz d'échappement de pénétrer dans cette chambre d'admission d'air. Ceci peut être utile pour brûler à nouveau les gaz d'échappement dans les cylindres du moteur et réduire l'émission de gaz nocifs. Il est également possible de prévoir une vanne 15 de déviation débouchant dans le plénum d'admission d'air 4. Cette vanne 15 comprend un organe mobile déplaçable entre une position de déviation correspondant à une position d'ouverture dans laquelle l'air de suralimentation entrant par la tubulure d'entrée 16 du refroidisseur d'air de suralimentation circule jusque dans le plénum d'admission d'air
4 en passant par la vanne de déviation ouverte 15 et sans traverser les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 et une position de fermeture dans laquelle l'air entrant dans le refroidisseur d'air de suralimentation circule dans la boîte à fluide centrale, puis traverse les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 avant d'atteindre le plénum d'admission d'air 4 après la traversée des boîtes à fluide latérales 8 et 9.
Cette vanne 15 peut être actionnée par un micromoteur piloté par un circuit de commande tenant compte des paramètres de fonctionnement du moteur. Ainsi, grâce à cette vanne 15 de déviation, la température de l'air de suralimentation à l'admission dans le moteur peut être régulée. Dans certains cas, par exemple lorsqu'il fait très froid, l'air de suralimentation n'a pas besoin d'être refroidi. Dans ces cas, la vanne 15 est complètement ouverte. Chaque corps d'échange de chaleur 10 et 13 est formé de canaux parallèles entre-eux 11 et s' étendant de la boîte à fluide centrale vers les boîtes à fluide latérales 8 et 9. Dans ces canaux parallèles circule l'air de suralimentation depuis la boîte à fluide centrale vers les boîtes à fluide latérales 8 et 9. Ces canaux 11 sont, de manière connue, formés d'une part par des plaques droites parallèles entre-elles et à l'enveloppe du refroidisseur et s 'étendant de la boîte à fluide centrale vers les boîtes à fluide latérales 8 et 9, et d'autre part par des ailettes ondulées positionnées entre les plaques droites et fixées à celles-ci par brasage, chaque ondulation formant un canal 11 d'air de suralimentation. Chaque plaque droite définit des passages dans lesquels circule un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau de refroidissement, ces passages pouvant être perpendiculaires aux canaux 11.
Les canaux 11 dans lesquels circule l'air de suralimentation peuvent être également définis par des ailettes parallèles entre-elles et reliées perpendiculairement à des tubes parallèles entre-eux formant un faisceau de tubes dans lesquels circule le liquide de refroidissement. Ces exemples de réalisation de canaux ne sont pas limitatifs.
Les références 12 et 14 définissent respectivement l'entrée selon la flèche F6 du fluide de refroidissement dans le refroidisseur d'air de suralimentation 2, et la tubulure de sortie du fluide de refroidissement selon la flèche F7. Le circuit du fluide de refroidissement du refroidisseur d'air de suralimentation permet de baigner les canaux 11 de circulation de l'air de suralimentation.
Dans cette réalisation de l'invention, les boîtes à fluide latérales 8 et 9 sont avantageusement moulées en plastique, par exemple en polyamide de type 6 PA 6.6 qui est un plastique peu coûteux. Cette réalisation en plastique des boîtes à fluide latérales 8 et 9 est possible dans la mesure où l'air de suralimentation, après passage dans les corps d'échange de chaleur 10 et 13, est à une température inférieure à la température maximale supportée par le plastique utilisé pour réaliser les boîtes à fluide latérales 8 et 9. A titre d'exemple, cette température maximale est de l'ordre de 200°C environ.
L'utilisation du plastique permet la réalisation de formes moulées complexes pour les boîtes à fluide latérales 8 et 9.
La figure 4 présente le refroidisseur d'air de suralimentation 2 en coupe longitudinale B-B. Dans cette réalisation de l'invention, les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 sont dans un même plan qui est le plan horizontal lorsque le refroidisseur est placé sur le moteur. Le corps d'échange de chaleur 10, la boîte à fluide centrale 6 et le corps d'échange de chaleur 13 sont entourés d'une même enveloppe de métal, par exemple en alliage d'aluminium selon les températures d'entrée de l'air de suralimentation. Dans l'exemple des figures 2, 3, 4, un même circuit de fluide de refroidissement baigne les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13. Il est possible de prévoir un circuit de refroidissement différent pour chaque corps d'échange de chaleur.
Les figures 5, 6 et 7 présentent un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Les éléments identiques à ceux des figures 2 à 4 ont été désignés par les mêmes références numériques.
Ce deuxième mode de réalisation présente un refroidisseur à air de suralimentation pour un moteur dit en "V" c'est-à-dire pour un moteur dont les cylindres sont disposés en forme de V. Le refroidisseur à air de suralimentation de cette réalisation est propre à s'adapter sur ce type de moteur.
Selon la figure 5, le refroidisseur à air de suralimentation comprend, comme précédemment, deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 reliés entre eux par une boîte à fluide centrale 26 ne comprenant pas de vanne de dérivation. Cette boîte à fluide centrale comprend une cloison 25 sur la longueur de la boîte à fluide centrale 26 de manière à définir deux canaux parallèles d'entrée d'air, chaque canal débouchant sur sa longueur dans un des corps d'échange de chaleur 10 et 13. Il est prévu deux tubulures d'entrée d'air 16-1 et 16-2 pour chaque .canal délimité par la cloison de la boîte à fluide centrale 26. Cette réalisation permet notamment d'équilibrer les débits d'air entrant dans chacun des corps d'échange de chaleur. Cette réalisation est avantageuse par exemple dans le cas d'un moteur en V double-turbo comprenant deux circuits d'air séparés, un circuit étant relié à une tubulure d'entrée d'air 16.
Le corps d'échange de chaleur 10, respectivement 13, débouche latéralement et en vis à vis de la boîte à fluide centrale sur une boîte à fluide latérale 28, respectivement 29, comprenant des tubulures de sortie 22. Ces tubulures de sortie 22 sont reliées perpendiculairement aux boîtes à fluides latérales. Le refroidisseur est propre à être positionné sur le moteur en V de sorte que ces tubulures de sortie soient placées sous les boîtes à fluide latérales, chaque tubulure de sortie 22 s 'adaptant sur une tubulure d'admission d'air du moteur en V.
Dans ce cas, le plénum d'admission d'air du moteur est constitué par les tubulures d'admission d'air du moteur en V. Comme précédemment, il est présenté un seul circuit de fluide de refroidissement muni des tubulures d'entrée et de sortie 12 et 14, à titre d'exemple.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l'air de suralimentation pénètre dans la boîte à fluide centrale 26, débouche de part et d'autre sur sa longueur dans chaque corps d'échange de chaleur
10 et 13 pour atteindre chaque boîte à fluide latérale 28 et 29 et enfin pénétrer dans le plénum d'admission d'air du moteur en V par les tubulures de sortie 22 du refroidisseur d'air de suralimentation.
Pour un moteur en V, il est possible de concevoir un refroidisseur à air de suralimentation comme indiqué figure 6.
Dans ce cas, les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 sont dans un même plan.
11 est également possible de concevoir un refroidisseur à air de suralimentation comme indiqué sur la figure 7. Dans ce cas, les deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 forment entre eux un angle non nul et inférieur à 180°. Cette réalisation permet d'augmenter les surface des deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 entre la boîte à fluide centrale et les boîtes à fluide latérales de manière augmenter les performances du refroidisseur à air de suralimentation. En effet, les boîtes à fluide latérales étant fixées au plénum d'admission d'air du moteur, seule la position de la boîte à fluide centrale peut varier en hauteur de manière à augmenter ou diminuer les surface des corps d'échange de chaleur. De plus, cette réalisation permet d'adapter la forme du refroidisseur à air de suralimentation à la forme en V du moteur.
Comme dans le cas des figures 2, 3 et 4 , les boîtes à fluide latérales 28 et 29, comprenant les tubulures de sortie 22 peuvent avantageusement être moulées en plastique.
La longueur de la boîte à fluide définit la dimension sur laquelle l'air de suralimentation peut pénétrer dans les canaux des corps d'échange de chaleur à partir de l'entrée de l'air de suralimentation.
Les figures 8 et 9 décrivent un troisième mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques aux figures précédentes sont identifiés par la même référence numérique.
Selon ces figures, le refroidisseur à air de suralimentation comprend comme précédemment deux corps d'échange de chaleur 10 et 13 reliés entre eux par une boîte à air centrale 36 et comprenant latéralement chacun une boîte à air latérale 38, 39 située en vis à vis de la boîte à fluide centrale. Le refroidisseur à air de suralimentation est muni d'un circuit de fluide de refroidissement comprenant une tubulure d'entrée 12 et une tubulure de sortie 14 pour le fluide de refroidissement. Comme précédemment, il est possible de prévoir un circuit de refroidissement distinct pour chaque corps d'échange de chaleur 10 et 13.
Dans ce troisième mode de réalisation, les deux boîtes à air latérales 38 et 39 comprennent chacune respectivement une tubulure d'entrée d'air de suralimentation 30, 31. L'air de suralimentation entrant dans les boîtes à air latérales 38 et 39 traverse les canaux des corps d'échange de chaleur 10 et 13 selon les flèches F14 et F15 puis débouche dans la boîte à air central 36. La boîte à air central 36 est munie d'une tubulure de sortie 32 dirigée vers le bas, c'est-à-dire vers le moteur une fois que le refroidisseur 2 est installé sur le moteur.
Cette tubulure de sortie 32 est munie d'une vanne de dépression
35 contrôlée de manière à créer, lorsque cette vanne est fermée, une dépression pour permettre aux gaz d'échappement d'entrer dans la chambre d'admission d'air du moteur.
La tubulure de sortie 32 débouche sur un tube 34 reliant le refroidisseur à air de suralimentation aux tubulures d'admission d'air du moteur en V.
Ainsi, l'air de suralimentation arrivant dans la boîte à air centrale 36 est dirigé dans le tube 34 vers les tubulures d'admission d'air du moteur.
Comme précédemment, il est possible de réaliser les boîtes à air latérales 38 et 39 en plastique, par exemple de type PA6.6 à condition que l'air de suralimentation à l'entrée du refroidisseur 2 soit à une température inférieure à la température maximale supportée par le plastique formant les boîtes à fluide latérale 38 et 39, à titre d'exemple 200°.
L'invention trouve une application aux moteurs de véhicules automobiles, et notamment aux véhicules de tourisme.

Claims

Revendications
1. Refroidisseur (2) d'air de suralimentation envoyé à l'admission (42) d'un moteur thermique (40), caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un deuxième corps d'échange de chaleur (10,13) reliés entre-eux par une boîte à fluide centrale (6, 26, 36) située entre les deux corps d'échange de chaleur, le premier corps d'échange de chaleur (10), respectivement le deuxième corps d'échange de chaleur (13), débouchant latéralement et en vis à vis de la boîte à fluide centrale dans une première boîte à fluide latérale (8, 28, 38), respectivement dans une deuxième boîte à fluide latérale (9, 29, 39) .
2. Refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les' boîtes à fluides latérales (8, 9; 28, 29; 38, 39) sont moulées en plastiques, en particulier de type PA66, et en ce que les deux corps d'échange de chaleur (10, 13) comprennent une enveloppe commune en alliage d'aluminium formant la boîte à fluide centrale (6, 26, 36) .
3. Refroidisseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la boîte à fluide centrale (6, 26) comprend un canal d'entrée de l'air de suralimentation débouchant de part et d'autre sur sa longueur dans les deux corps d'échange de chaleur (10, 13), chaque boîte à fluide latérale (8, 9; 28, 29) est une boîte de sortie de l'air de suralimentation ayant traversé le corps d'échange de chaleur correspondant (10,13), chaque boîte à fluide latérale débouchant sur un plénum d'admission d'air (4) que comporte le moteur.
4. Refroidisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la boîte à fluide centrale (6) comprend une tubulure d'entrée d'air de suralimentation (16) et une ouverture de sortie munie d'une vanne (15) ayant un organe mobile deplaçable entre une position de déviation de l'air de suralimentation dans le plénum d'admission (4) d'air du moteur, en laquelle l'air est apte à circuler depuis la tubulure d'entrée (16) vers l'ouverture de sortie sans traverser les corps d'échange de chaleur, et une position de fermeture, en laquelle l'air est apte à circuler depuis la tubulure d'entrée (16) jusqu'aux boîtes à fluide latérales (8,9) en traversant les corps d'échange de chaleur (10,13).
5. Refroidisseur selon la revendication 3,' caractérisé en ce que la boîte à fluide centrale (26) comprend deux entrées d'air de suralimentation et une cloison longitudinale définissant deux canaux parallèles d'entrée de l'air de suralimentation, chaque canal débouchant sur sa longueur dans un des deux corps d'échange de chaleur (10,13).
6. Refroidisseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque boîte à fluide latérale (38,39) est une boîte d'entrée de l'air de suralimentation débouchant dans le corps d'échange de chaleur correspondant (10,13), la boîte à fluide centrale (36) est une boîte de sortie de l'air de suralimentation ayant traversé les corps d'échange de chaleur, la boîte à fluide centrale (36) débouchant sur un plénum (34) d'admission d'air que comporte le moteur (40).
7. Refroidisseur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les deux corps d'échange de chaleur (10, 13) sont conformés en forme de V, reliés entre-eux par la boîte à fluide centrale (26) .
8. Refroidisseur selon l'une des revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que les deux corps d'échange de chaleur (10,
13) sont dans un même plan, reliés entre-eux par la boîte à fluide centrale (6, 26, 36) .
9. Refroidisseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit refroidisseur (2) présente des dimensions pour être implanté sur le moteur (40) .
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