FR2645209A1 - Dispositif compact echangeur thermique-repartiteur de gaz, notamment pour moteur thermique compresse - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend un boîtier 10 dont l'enceinte 100 est divisée en deux caissons distincts par le corps d'un échangeur qui y est logé à demeure ou amovible à la manière d'un tiroir grâce à des glissières coopérant avec des portées. Application à l'alimentation en fluide gazeux comburant d'un moteur turbocompressé.

Description

La présente invention concerne I'alimnta- tion des moteurs thermiques, notamment compressés, par exemple du type de ceux utilisés pour animer des véhicules automobiles, et a plus particulièrement pour objet un dispositif compact échangeur thermiquerépartiteur pour un fluide gazeux destiné à l'alimentation d'un moteur thermique, par exemple turbocompresse.

Comme on le sait, lorsqu'un véhicule est entraîné par un moteur thermique turbocompressé, le fluide gazeux qui sert de comburant au mélange détonnant est de l'air prélevé dans le milieu ambiant qui, après traversée d'un filtre, est aspiré par un turbocompresseur d'où il est envoyé dans un échangeur thermique chargé de le refroidir avant d'être réparti entre les différents cylindres. Après combustion, les gaz brûlés chauds, pour partie, entraînent le turbocompresseur avant d'être rejetés dans l'atmosphère.

Dans les solutions actuellement en usage sur des véhicules relativement hat de gamme du commercer l'échangeur thermique qui permet de refroidir l'air filtré qui a été comprimé par le turbocompresseur et le répartiteur qui recueille l'air filtré refroidi à la sortie de cet échangeur pour l'acheminer vers les différents cylindres, sont deux entités séparées et bien distinctes.

Cette solution qui prévaut présentement ne donne pas entière satisfaction.

En effet, l'échangeur et le répartiteur sont deux entités physiquement indépendantes qui nécs- sitent, chacune, de la place, des tuyauteries de jonction relativement longues, des joints,... Tout ceci est relativement coûteux tant au niveau des coûts de fabrication et de montage çle des coûts d'entretien. Il en est de même des performances qui sont nettement amoindries du fait des pertes de charge induites de ces tuyauteries longues et des fuites, toujours possibles, au niveau des joints.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients de cette technique connue afin de pouvoir alimenter des moteurs thermiques compressés en fluide gazeux tout en assurant un gain notable en masse et en encombrement et, aussi, un abaissement des coûts tout en procurant une amélioration notable des performances des moteurs en question.

L'invention vise la construction d'un dispositif compact qui est peu volumineux de manière à pouvoir se loger facilement et commodément dans le compartiment moteur d'un véhicule.

L'inventton a pour objet un dispositif compact échangeur thermique-répartiteur pour un fluide gazeux destiné à l'alimentation d'un moteur thermique notamment compressé qui est caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier qui délimite une enceinte destinée à être divisée en deux caissons distincts qui sont, l'un pour l'admission du fluide gazeux et l'autre pour son évacuation et qui est muni éventuellement d'une ouverture permettant d'accéder à cette enceinte, de tubulures débouchant les unes dans le caisson d'admission pour recevoir le fluide gazeux et les autres dans le caisson d'évacuation pour-répartir le fluide gazeux qui en sort, d'un embout débouchant dans le caisson d'évacuation ainsi que de glissières de guidage et de positionnement disposées -dans cette enceinte de manière à en permettre la division en ces deux caissons, et un échangeur avec un corps de radiateur qui est destiné à recevoir un joint sur au moins na partie de sa périphérie et qui est équipé de portées et d'une façade traverse par des canalisations, et en ce que cet échangeur est placé dans ce boîtier de manière que ces portées et glissières coopèrent pour que ce corps de radiateur soit logé dans cette enceinte et la divise en ces deux caissons, ce joint assure s'il y a lieu l'étanchéité relative entre ces deux caissons et cette façade coopère avec cette ouverture afin que ces canalisations sortent de l'enceinte à l'extérieur de ce boîtier.

D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent et de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple où
- la Figure 1 est une vue perspective schématique d'une solution de la technique actuel le ment adoptée commercialement;
- la Figure 2 est une vue schématique où le dispositif suivant l'invention est mis en oeuvre;
- la Figure 3 est une vue perspective, partiellement éclatée et partiellement écorchée, d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention;
- les Figures 4A et 4B sont des sections partielles suivant la ligne 4-4 de la Figure 3 où l'échangeur est en cours de mise en place et positionné, respectivement, et;
- la Figure 5 est une section partielle selon le plan 5-5 de la Figure 3.

Les moteurs thermiques compresses, notamment turbocompressés et ainsi que les échangeurs thermiques et les répartiteurs pour un fluide gazeux comburant destiné à leur alimentation sont bien connus dans la technique. C'est pourquoi, par la suite, on ne décrira que ce qui se rapporte directement ou indirectement à l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes classiques à sa disposition peur faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté,
Dans la suite, une même référence désigne toujours un même élément homologue quel que soit le mode de réalisation.

Comme on le voit en examinant la Figure 1 où est reproduite une solution commerciale pour alimenter en fluide gazeux comburant un moteur M, de l'air Ae, prélevé à l'extérieur, traverse d'abord un filtre à air F; l'air filtré Af parvient à l'entrée d'un turbocompresseur TB; l'air filtré comprimé Afc est acheminé vers un échangeur E où l'air qui s'est échauffé lors de sa compression est refroidi. En sortant de l'échangeur E, l'air filtré comprimé refroidi Au cor gagne un répartiteur R pour être envoyé dans les différents cylindres C du moteur, Les gaz brûlés G qui s'échappent des cylindres entraînent pour partie le turbocompresseur, comme il est classique, avant d'être reietés dans l'atmosphère.

En observant cette figure, on voit immédiatement que l'échangeur E et le répartiteur R sont des entités distinctes, complexes,- éloignées l'une de l'autre qui sont reliées l'une à l'autre ainsi qu'au filtre à air et au turbocompresseur par des canalisations longues, tourmentées-et sinueuses et aussi munies de joints d'étanchéité aux raccords;
De telles canalisations, longues et complexes, et la présence de joints ne sont pas favorables à un bon rendement du moteur puisqu'il en résulte des pertes de charge et des risques de fuite.

Ce sont ces difficultés, entre autres, que l'invention vise à résoudre.

Comme on le voit sur la vue schématique de la Figure 2, le dispositif suivant l'invention comprend en un ensemble compact et l'échangeur thermique et le répartiteur de fluide. On y a aussi représenté le régulateur de pression P qui est toujours présent pour e type de moteur.

En se reportant à la Figure 3, on voit que le dispositif compact échangeur thermique-repartiteur pour un fluide gazeux destiné à- l'alimentation d'un moteur thermique notamment turbocompressé suivant l'invention, comprend un boîtier 10 délimitant une enceinte 100 destine à être divisée en deux caissons 100A et 100E.

Ces deux caissons sont prévus pour être distincts et à ne permettre des échanges gazeux qu 'au travers de l'échangeur, comme on le comprendra par la suite. Le caisson 100A est destiné à l'admission du fluide gazeux comburant provenant d'un filtre à air.

L'autre caisson 100E est destiné à l'évacuation du fluide gazeux comburant qui a d'abord été acheminé dans le caisson 100A et qui a traversé l'échangeur.

Dans ce mode de réalisation, pour la raison que l'on comprendra par la suite, cette enceinte 100 est pourvue d'une ouverture 110 permettant d'y accéder.

Le boîtier 100 est muni d'au moins une tubulure 120 d'admission qui débouche dans le caisson 100A. Cette tubulure achemine le fluide gazeux comburant frais qui a au préalable traversé un filtre à air. Ce boîtier est aussi muni de tubulures 130 d'évacuation qui débouchent, elles, dans le caisson 100E et qui sont destinées à répartir le fluide gazeux reçu dans le boîtier et qui sort de celui-ci après franchissement de l'échangeur, pour alimenter les cylindres d'un moteur.

Ce boîtier 10 est aussi muni d'un embout 140 qui débouche dans le caisson 100E et qui est destiné à être raccordé à un régulateur de pression qui se trouve habituellement sur une conduite qui relie le conduit d'échappement d'un cylindre à l'entrée de la turbine qui entraîne le turbocompre- seur.

Comme on peut l1observer, ce boîtier 10 est munir intérieurement, de glissières 150 de guidage et de positionnement qui sont placées dans cette enceinte 100 de manière à en permettre la division en ces deux caisson lOOA et lOOE comme on le comprendra par la suite. Ces glissièresontdes appuis 151.

Le dispositif suivant l'invention comprend aussi ùn échangeur 20 qui présente un corps de radiateur 200 équipé de portées 201 et destiné à recevoir de préférence un joint 204 sur au moins une partie de sa périphérie comme illustré.

Dans ce mode de réalisation, cet échangeur 20 est muni d'une façade 210 qui est traversée par des canalisations 220 d'entrée et 230 de sortie. Ces canalisations qui débouchent hors de l'enceinte à l'extérieur du boîtier, sont destinées à être reliées à une alimentation en fluide caloporteur qui sert à évacuer des calories de l'air filtré comprimé pour le refroidir,- comme on le comprendra par la suite.

En se reportant en particulier à-la Figure 3, on voit que l'échangeur 20 est placé dans ce boîtier 10 de manière que les portées 201 et les glissières 150 coopèrent afin que le corps du radiateur 200 soit logé dans l'enceinte 100 et la divise approximativement par moitié en ses deux caissons 100A et 100E en question. Le joint 204 de tout type approprié assure l'étanchéité relative entre le corps du radiateur 200 et la paroi intérieure de l'enceinte 100. On comprend donc que la seule possibilité pour le fluide gazeux comburant destiné à l'alimentation d'un moteur thermique qui arrive par le caisson 100A, de parvenir au caisson 100E est de traverser l'échangeur thermique où il peut se refroidir.

Dans ce mode de réalisation, la façade 210 de l'échangeur 20 sert de couvercle 105 pour clore l'ouverture 110 du boîtier. Pour éviter toute fuite, on place un joint 214 approprié à l'entour de l'ouverture 110, entre façade et boîtier.

Dans le mode de réalisation représenté, le boîtier 10 est fait de deux coquilles 101 et 102 réunies suivant une jonction 103, où est placé si besoin un joint 104 approprié.

Ces deux demi-coquilles sont réunis à l'aide de moyens de fixation 310. Ces moyens de fixation sont par exemple des vis, des rivets, de la colle, une soudure faite par ultra-sons, par pertes diélectriques, par points, etc.. comme il est classique, ou bien à l'aide d'un solvant convenable.

Les joints 104, 204 et 214 sont faits de toute matière appropriée, comme il est classique, et adaptés pour l'usage particulier auxquels ils sont destinés. Ces joints sont fixes collés ou bien simplement posés -ou adhérisés dans des gorges, comme il est classique, et pour cela non représenté.

La façade 210 qui sert de couvercle 10 est maintenue en place à 1 'aide de moyens de fixation 320 appropriés. Dans le mode de réalisation illustré, ces moyens de f-ixation 320 sont des crochets élastiques basculants, faits par exemple en corde à piano, articulés sur le boîtier par insertion dans des bossages.

Dans le mode de réalisation représenté, on a utilisé un boîtier fait de deux coquilles, mais il est clair que ce boîtier peut être monobloc, d'un seul tenant, et être, ou non, muni d'un couvercle pour la mise en place de l'échangeur proprement dit.

Lorsque le boîtier est fait de deux coquilles réunies, ces dernières peuvent être assemblées d'une manière définitive ou bien provisoire selon la nature des moyens de fixation 310 retenus.

Dans le mode de réalisation représenté, le boîtier est fait de deux coquilles de volumes approximativement égaux. On place de préférence, la jonction dans un plan qui est pratiquement un plan de symétrie. Dans un tel cas, l'ouverture éventuelle qui permet l'insertion de l'échangeur est, de préférence, ménagée à cheval sur ce plan de jonction.

Dans le mode de réalisation représenté, l'échangeur est amovible et introduit et fixé provisoirement, ou définitivement, dans le boîtier.

Il peut aussi être inséré à demeure dans le boîtier lors de la fabrication par exemple par surmoulage lorsque le boîtier est monobloc par exemple. Dans un tel cas, l'ouverture et le couvercle peuvent être supprimés si l'échangeur est inaccessible.

La présence d'un joint d'étanchéité périphérique qui est placé pratiquement tout autour de l'échangeur interdit au fluide gazeux comburant de traverser le répartiteur sans franchir l'échangeur.

Dans le cas où le boîtier est fait d'une seule pièce, le seul endroit où peuvent se produire des fuites est l'ouverture qui permet d'insérer, le cas échéant, l'échangeur. Pour remédier à cette éventualité, on place un joint à la périphérie. Si l'échangeur est monté à demeure dans le boîtier, dès la fabrication, on fait en sorte que l'échangeur est totalement emprisonné dans l'enceinte et que les seules issues polir le fluide gazeux comburant sont les tubulures et embout dont il a été question.

Pour le cas où l'on utilise un échangeur amovible qui se déplace à la manière d'un tiroir grâce aux glissières et aux portées, il est intéressant de prévoir de placer le dispositif selon l'invention dans le compartiment moteur du véhicule de telle sorte qu'on puisse dégager l'échangeur de son boîtier sans avoir à déplacer ce dernier. Une telle solution permet un nettoyage ou un remplacement aisé de l'échangeur proprement dit seulement après débranchement et rebranchement éventuels des canalisations 220 et 230.

Lorsqu'on utilise un dispositif selon l'invention avec un échangeur amovible, on fait en sorte que les glissières permettent une translation commode de l'échangeur. Par exemple, on choisit une direction des glissières pratiquement parallèle au plan de jonction des coquilles.

Le dispositif suivant l'invention comprend de préférence, un échangeur du type gaz-liquide pour refroidir le fluide gazeux comburant comprimé qui le traverse.

On comprend immédiatement les avantages qu'apporte le dispositif selon l'invention.

En particulier, ce dispositif permet un gain de place et une réduction de masse car il associe notamment l'échangeur thermique et le répartiteur de gaz en un seul et même ensemble. Ce dispositif est spécialement bien adapté à un moteur thermique compressé lorsqu'on le place entre le compresseur proprement dit et le moteur.

Le dispositif suivant l'invention permet un gain notable de performances qui résulte, d'une part, de la compacité entraînant une réduction des pertes de charge du circuit due à une limitation importante des longueurs de canalisation et, d'autre -part, de la réduction pratiquement à néant des risques de fuite.

Enfin, le montage du dispositif suivant l'invention sur un véhicule est facilité puisqu'on n'a plus à y placer qu'un seul groupe dont l'entre tien est, de plus, simplifié.

D'autre part, la réduction de l'encombrement permet de dégager le moteur et d'en faciliter l'accès pour des interventions d'entretien ou de réparations.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif compact échangeur thermiquerépartiteur pour un fluide gazeux destiné à llalimen- tation d'un moteur thermique notamment compresse, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (10) qui délimite une enceinte (100) destinée à être divisée entre deux caissons (îOOA, 100E) distincts qui sont l'un pour l'admission et l'autre pour llévacuation du fluide gazeux, et qui est muni éventuellement d'une ouverture (110) permettant d'accéder à cette enceinte (100), de tubulures (120, 130) débouchant les unes dans le caisson d'admission (100A) pour recevoir du fluide gazeux et les autres dans le caisson d'évacuation (1OOE} pour répartir le fluide gazeux qui en sort, d'un embout (140) débouchant dans le caisson d'évacuation (100E) ainsi que de glissières (150) de guidage et de positionnement disposées dans cette enceinte (100) de manière à en permettre la division en ces deux caissons (100A, 100E), et un échangeur (20) avec un corps de radiateur (200) qui est destiné à recevoir un joint (204) sur au moins une partie de sa périphérie et qui est équipé de portées (2Q1) et d'une façade t210) qui est traversée par des canalisations (220, 230) et en ce que cet échangeur (20) est placé dans ce boîtier (10) de manière que ces portées (201) et glissières (150) coopèrent pour que ce corps de radiateur (200) soit logé dans cette enceinte (100) et la divise en ses deux caissons (lOOA, 100E), ce joint (204) assure s'il a lieu 1 'étanchéité relative entre ces deux caissons, et cette façade coopère avec cette ouverture afin que ces canalisations sortent de l'enceinte à l'extérieur de ce boîtier.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (100) est fait de deux coquilles (101, 102) jointes selon une jonction (103) pratiquement parallèle à la direction des glissières (150in

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette jonction (103) est équipé d'un joint d'étanchéité (104).

4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que cette ouverture (110) est équipee d'un couvercle (105).

5 - Dispositif selon l'une quelconqUe des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que cette façade (210] et ce couvercle (105) sont un seul et même élément.

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une (lu1) des coquilles porte les tubulures d'admission (120) et l'autre (102) des coquilles porte les tubulures d'évacuation (130).

7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture (110) est à cheval sur la jonction (103).