FR2579311A1 - Heat exchanger for a motor vehicle, in particular of the exhaust gas type - Google Patents
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Abstract
Description
Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, en particulier du type à gaz d'échappement.Heat exchanger for a motor vehicle, in particular of the exhaust gas type.
L'invention concerne un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile, en particulier du type comprenant un circuit de passage des gaz d'échappement du moteur à combustion interne équipant le véhicule, permettant, lors du fonctionnement à froid du moteur, de chauffer rapidement le liquide de refroidissement et/ou l'huile de lubrification de ce moteur.The invention relates to a heat exchanger for a motor vehicle, in particular of the type comprising a circuit for passing the exhaust gases of the internal combustion engine fitted to the vehicle, making it possible, during cold engine operation, to quickly heat the coolant and / or lubricating oil for this engine.
On a déjà proposé d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement pour, lors d'un démarrage ou d'un fonctionnement à froid du moteur à combustion interne, relever très rapidement la température du liquide de refroidissement et/ou de l'huile de lubrification du moteur, ce qui se traduit par une diminution sensible de la consommation en carburant.It has already been proposed to use the heat of the exhaust gases to, during a start or a cold operation of the internal combustion engine, very quickly raise the temperature of the coolant and / or of the oil. engine lubrication, which results in a significant reduction in fuel consumption.
Toutefois, les échangeurs connus sont relativement lourds et n'ont en fait d'utilité que pendant une période de temps relativement très courte par rapport au temps total de fonctionnement du moteur.However, the known exchangers are relatively heavy and in fact have utility only for a relatively very short period of time compared to the total engine operating time.
L'invention propose un échangeur de chaleur du type précité, qui soit relativement léger.The invention provides a heat exchanger of the aforementioned type, which is relatively light.
L'invention propose pour cela un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont montées à étanchéité dans les trous d'un collecteur sur lequel est fixée une bote à fluide dans laquelle débouchent les extrémités des tubes et qui comporte au moins une entrée et/ou une sortie d'un premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément tubulaire interposé entre le collecteur et une enveloppe entourant le faisceau de tubes.The invention therefore provides a heat exchanger for a motor vehicle, comprising a bundle of tubes, the ends of which are sealingly mounted in the holes of a manifold to which is fixed a fluid box into which the ends of the tubes open and which has at least one inlet and / or one outlet for a first fluid, characterized in that it comprises a tubular element interposed between the manifold and an envelope surrounding the bundle of tubes.
Avantageusement, cet élément tubulaire est formé d'une seule pièce avec le collecteur.Advantageously, this tubular element is formed in one piece with the collector.
De préférence, l'enveloppe est munie d'une entrée et d'une sortie d'un second fluide qui circule dans ladite enveloppe et dans l'élément tubulaire.Preferably, the envelope is provided with an inlet and an outlet for a second fluid which circulates in said envelope and in the tubular element.
En général, le premier fluide circulant dans la bote précitée et dans les tubes du faisceau est constitué par les gaz d'échappement du moteur, et le second fluide qui circule dans l'enveloppe est constitué par un liquide ou par de l'air, notamment par le liquide de refroidissement du moteur ou par l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule.In general, the first fluid circulating in the abovementioned box and in the tubes of the bundle is constituted by the exhaust gases of the engine, and the second fluid which circulates in the envelope is constituted by a liquid or by air, in particular by the engine coolant or by the air for heating the passenger compartment of the vehicle.
Grâce à la présence de l'élément tubulaire reliant ladite enveloppe au collecteur, cette enveloppe peut être réalisée en matière plastique ou en un matériau métallique léger supportant mal les températures élevées, tandis que la boîte à fluide, le collecteur et l'élément tubulaire sont en une matière qui supporte les températures élevées que peuvent atteindre les gaz d'échappement.Thanks to the presence of the tubular element connecting said casing to the manifold, this casing can be made of plastic or a light metallic material which does not withstand high temperatures, while the fluid box, the manifold and the tubular member are in a material that withstands the high temperatures that exhaust gases can reach.
On obtient ainsi un gain de poids important.This results in significant weight gain.
Par ailleurs, l'échangeur de chaleur selon l'invention apporte une aide au chauffage de l'habitacle du véhicule, non seulement pendant les périodes de démarrage et de fonctionnement à froid du moteur, mais également en dehors de ces périodes, si on le souhaite.Furthermore, the heat exchanger according to the invention provides aid for heating the passenger compartment of the vehicle, not only during the periods of starting and cold engine operation, but also outside these periods, if it is wish.
L'invention prévoit également que l'enveloppe précitée contient un faisceau de tubes parcouru par l'huile de lubrification du moteur.The invention also provides that the aforementioned envelope contains a bundle of tubes traversed by the engine lubricating oil.
Ainsi, lors d'un démarrage ou d'un fonctionnement à froid du moteur, l'huile de lubrification est également réchauffée par les gaz d'échappement, par l'intermédiaire du fluide qui circule dans ladite enveloppe.Thus, during a cold start or operation of the engine, the lubricating oil is also heated by the exhaust gases, by means of the fluid which circulates in said envelope.
Par ailleurs, le fluide qui circule dans ladite enveloppe peut être un fluide intermédiaire d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement du moteur ou avec l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, pour éviter toute possibilité de pollution par les gaz d'échappement ou par l'huile de lubrification.Furthermore, the fluid which circulates in said envelope can be an intermediate heat exchange fluid with the engine coolant or with the air for heating the passenger compartment of the vehicle, to avoid any possibility of pollution by gases. exhaust or lubricating oil.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation de cet échangeur; - la figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle, d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention.In the following description, given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which - FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a longitudinal sectional view of an alternative embodiment of this exchanger; - Figure 3 is a partial view, on a larger scale, of a part of a heat exchanger according to the invention.
on se réfère d'abord à la figure 1, qui représente un échangeur de chaleur selon l'invention, destiné à équiper un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne.reference is first made to FIG. 1, which represents a heat exchanger according to the invention, intended to equip a motor vehicle comprising an internal combustion engine.
L'échangeur comprend une boîte à fluide 10 munie d'une tubulure d'entrée 12 et d'une tubulure de sortie 14, et comportant une cloison interne 16, fixe ou mobile, qui partage l'espace interne de la boîte 10 en deux chambres séparées qui sont reliées respectivement à la tubulure d'entrée 12 et à la tubulure de sortie 14.The exchanger comprises a fluid box 10 provided with an inlet pipe 12 and an outlet pipe 14, and comprising an internal partition 16, fixed or mobile, which divides the internal space of the box 10 in two separate chambers which are connected respectively to the inlet manifold 12 and to the outlet manifold 14.
Cette boîte à fluide est montée de façon étanche sur le rebord périphérique d'un collecteur 18,ou plaque à tubes, comprenant des trous 20 dans lesquels sont montées à étanchéité les extrémités des tubes 22 d'un faisceau de tubes, de façon classique.This fluid box is mounted in leaktight manner on the peripheral rim of a manifold 18, or tube plate, comprising holes 20 in which the ends of the tubes 22 of a bundle of tubes are mounted in a conventional manner.
Ce faisceau de tubes 22 est contenu à étanchéité dans une enveloppe 24 comprenant deux tubulures 26 et 28 par lesquelles elle peut être reliée à un circuit d'un fluide tel que le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne ou l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, ou d'un fluide. intermédiaire,tel par exemple que du fréon.This bundle of tubes 22 is contained in a sealed manner in an envelope 24 comprising two tubes 26 and 28 by which it can be connected to a circuit of a fluid such as the coolant of the internal combustion engine or the heating air of the passenger compartment of the vehicle, or of a fluid. intermediate, such as for example freon.
Le collecteur 18 de l'échangeur est formé d'une pièce avec un élément tubulaire 30 présentant un rebord périphérique 32 opposé au rebord périphérique du collecteur sur lequel est fixée la boîte à fluide 10. Ce rebord périphérique 32 de l'élément tubulaire 30 coopère avec un rebord périphérique 34 de l'extrémité de l'enveloppe 24, pour assurer la fixation de cette enveloppe sur l'élément tubulaire 30, par exemple au moyen d'un sys tème de pattes ou de pinces 36.The manifold 18 of the exchanger is formed in one piece with a tubular element 30 having a peripheral rim 32 opposite the peripheral rim of the collector on which the fluid box is fixed 10. This peripheral rim 32 of the tubular element 30 cooperates with a peripheral rim 34 of the end of the casing 24, to ensure the fixing of this casing to the tubular element 30, for example by means of a system of lugs or clamps 36.
Un ou plusieurs joints d'étanchéité 38 sont interposés entre les rebords périphériques 32 et 34 de l'élément tubulaire 30 et de l'enveloppe 24.One or more seals 38 are interposed between the peripheral flanges 32 and 34 of the tubular element 30 and of the casing 24.
Les tubulures d'entrée 12 et de sortie 14 de la boîte à fluide 10 sont reliées au collecteur d'échappement du moteur à combustion interne,de telle sorte que les gaz d'échappement de ce moteur pénètrent dans la boîte 10 par la tubulure 12, circulent dans les tubes 22 du faisceau, reviennent dans la boîte 10 et sortent de cette boîte par la tubulure de sortie 14.The inlet 12 and outlet 14 pipes of the fluid box 10 are connected to the exhaust manifold of the internal combustion engine, so that the exhaust gases of this engine enter the box 10 through the pipe 12 , circulate in the tubes 22 of the bundle, return to the box 10 and exit from this box through the outlet pipe 14.
Le liquide de refroidissement du moteur, le fluide intermédiaire ou l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, qui pénètre dans l'enveloppe 24 par l'une ou l'autre des tubulures 26 et 28, qui circule dans cette enveloppe et qui en sort par l'autre des tubulures 26 ou 28, balaye les tubes 22 du faisceau qui se trouvent à l'intérieur de l'enveloppe 24.The engine coolant, the intermediate fluid or the air for heating the passenger compartment of the vehicle, which enters the casing 24 through one or other of the pipes 26 and 28, which circulates in this casing and which leaves through the other of the tubes 26 or 28, scans the tubes 22 of the bundle which are inside the envelope 24.
Lors d'un démarrage à froid ou d'un fonctionnement à froid du moteur, le fluidequicircule dans l'enveloppe 24 est réchauffé par les gaz d'échappement du moteur, dont la température est comprise entre 400 et 900 ou 10000C environ, selon les cas.Lorsque ce fluide est le liquide de refroidissement du moteur, sa température s'élève très vite par échange de chaleur avec les gaz d'échappement, ce qui réduit la durée de montée en température du moteur et réduit du même coup la consommation en carburant. Lorsque le fluide qui circule dans l'enveloppe 24 est l'air amené dans l'habitacle du véhicule, cet air est chauffé très rapidement et permet de chauffer l'habitacle, même si le moteur n'a pas atteint sa température normale de fonctionnement.During a cold start or a cold operation of the engine, the fluid which circulates in the casing 24 is heated by the exhaust gases of the engine, the temperature of which is between 400 and 900 or 10000C approximately, depending on the When this fluid is the engine coolant, its temperature rises very quickly by heat exchange with the exhaust gases, which reduces the duration of engine temperature rise and at the same time reduces fuel consumption. fuel. When the fluid which circulates in the envelope 24 is the air brought into the passenger compartment of the vehicle, this air is heated very quickly and makes it possible to heat the passenger compartment, even if the engine has not reached its normal operating temperature. .
Bien entendu, lorsque le liquide de refroidissement du moteur circule dans l'enveloppe 24, son augmentation de température peut être utilisée, non seulement pour accélérer la montée en température du moteur, mais également pour chauffer l'air amené dans l'habitacle du véhicule.Of course, when the engine coolant circulates in the casing 24, its increase in temperature can be used, not only to accelerate the temperature rise of the engine, but also to heat the air brought into the passenger compartment of the vehicle. .
L'enveloppe 24, dont la température est maintenue en permanence à une valeur relativement faible, par exemple inférieure à 1000C, par le fluide qui y circule, peut être réalisée en une matière plastique, ou en matériau métallique léger, alors que la boite à fluide 10, le collecteur 18 et l'élément tubulaire 30 seront réalisés en une ou des matières supportant les températures élevées des gaz d'échappement. L'élément tubulaire 30 est en contact permanent avec le fluide qui circule dans l'enveloppe 24, et son rebord périphérique 32, sur lequel est fixée l'extrémité de l'enveloppe 24, est maintenu à une température relativement faible ne risquant pas de détériorer la matière dont est constituée l'enveloppe 24, alors que le collecteur 18 est luimême porté à une température beaucoup plus élevée.The casing 24, the temperature of which is permanently maintained at a relatively low value, for example less than 1000 ° C., by the fluid which circulates therein, can be made of a plastic material, or of light metallic material, while the fluid 10, the manifold 18 and the tubular element 30 will be made of one or more materials withstanding the high temperatures of the exhaust gases. The tubular element 30 is in permanent contact with the fluid which circulates in the envelope 24, and its peripheral rim 32, on which the end of the envelope 24 is fixed, is maintained at a relatively low temperature not risking deteriorate the material of which the envelope 24 is made, while the collector 18 is itself brought to a much higher temperature.
On se réfère maintenant à la figure 2, représentant une variante de réalisation de cet échangeur, dans laquelle l'enveloppe 24 contient également un faisceau de tubes 40 débouchant à leurs extrémités dans deux tubes 42 d'alimentation qui traversent à étanchéité la paroi de l'enveloppe 24 et qui sont reliés au circuit d'huile de lubrification du moteur à combustion interne. Referring now to Figure 2, showing an alternative embodiment of this exchanger, in which the casing 24 also contains a bundle of tubes 40 opening at their ends in two supply tubes 42 which pass through the wall of the seal. envelope 24 and which are connected to the lubricating oil circuit of the internal combustion engine.
Dans ce cas, lors d'un démarrage à froid ou d'un fonctionnement à froid du moteur; l'huile de lubrification circulant dans les tubes 40 est chauffée par le fluide circulant dans l'enveloppe 24, qui est lui-même chauffé par les gaz d'échappement.In this case, during a cold start or cold engine operation; the lubricating oil circulating in the tubes 40 is heated by the fluid circulating in the casing 24, which is itself heated by the exhaust gases.
La figure 3 représente, de façon plus détaillée, un mode d'assemblage de la boîte à fluide 10 et de l'enveloppe 24 sur le collecteur 18.FIG. 3 shows, in more detail, a method of assembling the fluid box 10 and the casing 24 on the manifold 18.
Dans ce cas, la boite å fluide 10 comprend un rebord périphérique 44 appliqué,par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 46, sur un rebord périphérique correspondant 48 du collecteur 18. Des vis 50 traversant des trous alignés des rebords 44 et 48 et du joint d'étanchéité 46 permettent, avec des écrous 52, d'assurer la fixation de ces rebords.In this case, the fluid box 10 comprises a peripheral flange 44 applied, by means of a seal 46, to a corresponding peripheral flange 48 of the manifold 18. Screws 50 passing through aligned holes of the flanges 44 and 48 and the seal 46 make it possible, with nuts 52, to ensure the fixing of these flanges.
Le rebord périphérique 32 de l'élément tubulaire 30 (qui est formé d'une pièce avec le collecteur 18) est fixé sur le rebord périphérique 34 de l'extrémité de l'enveloppe 24 de la même façon, au moyen de vis 54 passant dans des trous alignés des rebords 32 et 34 et du joint d'étanchéité 38 et recevant des écrous 56.The peripheral rim 32 of the tubular element 30 (which is formed in one piece with the manifold 18) is fixed to the peripheral rim 34 of the end of the casing 24 in the same way, by means of screws 54 passing in aligned holes of the flanges 32 and 34 and of the seal 38 and receiving nuts 56.
Bien entendu, il n'est pas indispensable que l'élément tubulaire 30 soit formé d'une pièce avec le collecteur 18. Ce dernier pourrait donc avoir une constitution habituelle, tandis que l'élément tubulaire 30 comprendrait alors un rebord périphérique à son extrémité supérieure, par laquelle il serait assemblé au rebord périphérique 44 de la boîte à fluide 10 et à la périphérie du collecteur 18, qui pourrait être une simple plaque fixée à étanchéité entre le rebord de la boite à fluide et le rebord correspondant de l'élément tu bulaire 30.Of course, it is not essential that the tubular element 30 be formed in one piece with the collector 18. The latter could therefore have a usual constitution, while the tubular element 30 would then include a peripheral rim at its end upper, by which it would be assembled to the peripheral rim 44 of the fluid box 10 and to the periphery of the manifold 18, which could be a simple plate fixed to seal between the rim of the fluid box and the corresponding rim of the element you bular 30.
par ailleurs, et comme représenté dans les figures 1 et 2, on peut disposer dans l'enveloppe 24 des cloisons 25 formant chicanes, pour améliorer l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et le fluide circulant dans l'enveloppe.moreover, and as shown in FIGS. 1 and 2, partitions 25 forming baffles 25 can be arranged in the envelope 24, in order to improve the heat exchange between the exhaust gases and the fluid circulating in the envelope.
En variante, le fluide qui circule dans l'enveloppe 24 est un fluide intermédiaire d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement du moteur ou avec l'air de chauffage de l'habitacle, ce qui permet d'éviter tout risque de pollution du liquide de refroidissement ou de l'air par les gaz d'échappement ou par l'huile de lubrification. As a variant, the fluid which circulates in the casing 24 is an intermediate heat exchange fluid with the engine coolant or with the passenger compartment heating air, which makes it possible to avoid any risk of pollution coolant or air through exhaust gases or lubricating oil.
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| JPS61223490A (en) | 1986-10-04 |
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