FR2878893A1

FR2878893A1 - Heat exchanging device for internal combustion engine, has heat exchanger with upper surface, forming anti-emulsion unit, disposed at or above level of oil in oil pan, where exchanger is constituted by metallic foam permeable to oil

Info

Publication number: FR2878893A1
Application number: FR0413037A
Authority: FR
Inventors: Bernard Peron
Original assignee: Filtrauto SA
Current assignee: Sogefi Filtration SA
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-09
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: FR2878893B1

Abstract

The device has a heat exchanger (7) disposed in an oil pan (2) of an internal combustion engine. The exchanger has an upper oil receiving surface (8) conformed for forming an anti-emulsion unit. The surface is disposed at the level or above the level of oil (H) contained in the pan, when the engine operates. The exchanger is constituted by metallic foam (9) permeable to oil, where cooling fluid conduits (10) are cored in the foam. An independent claim is also included for an internal combustion engine equipped with an oil pan that comprises a heat exchanging device.

Description

Dispositif d'échange thermique destiné à être disposé dans un carterHeat exchange device intended to be arranged in a housing

d'huile, carter d'huile et moteur à combustion interne comprenant un tel dispositif d'échange thermique of oil, oil sump and internal combustion engine comprising such a heat exchange device

La présente invention se rapporte aux dispositifs d'échange thermique destinés à être disposés dans des carters d'huile de moteurs à combustion interne, et aux carters d'huile, ainsi qu'aux moteurs à combustion comprenant de tels dispositifs d'échange thermique. The present invention relates to heat exchange devices intended to be arranged in oil sump of internal combustion engines, and oil sump, as well as combustion engines comprising such heat exchange devices.

Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif d'échange thermique qui comprend un échangeur thermique destiné à être directement disposé dans un carter d'huile de moteur à combustion interne. De tels dispositifs d'échange thermique sont notamment décrits dans les demandes de brevets français FR 738 122 et FR 2 721 975 ainsi que dans le brevet américain US 5 408 965. More particularly, the invention relates to a heat exchange device which comprises a heat exchanger intended to be directly disposed in an internal combustion engine oil sump. Such heat exchange devices are described in particular in French patent applications FR 738 122 and FR 2 721 975 as well as in US Pat. No. 5,408,965.

Ces échangeurs thermiques connus sont généralement agencés et disposés sur le fond du carter d'huile de manière à refroidir le stock d'huile directement collecté au niveau du fond du carter d'huile. Ces échangeurs sont donc situés en dessous du niveau de l'huile collectée et de ce fait, l'huile possède une vitesse d'écoulement très faible ou nulle lorsqu'elle est en contact avec l'échangeur thermique de sorte que les performances de refroidissement de l'huile sont limitées dues au peu d'échange par convection. Par ailleurs, avec ces échangeurs thermiques connus, l'alimentation en fluide de refroidissement ou caloriporteur s'effectue par des canalisations traversant le carter d'huile en dessous du niveau de l'huile collectée, ce qui peut alors être à l'origine d'écoulement ou suintement d'huile vers l'extérieur du carter. These known heat exchangers are generally arranged and arranged on the bottom of the oil sump so as to cool the stock of oil directly collected at the bottom of the oil sump. These exchangers are therefore located below the level of the collected oil and therefore, the oil has a very low flow velocity or zero when in contact with the heat exchanger so that the cooling performance oil are limited due to little convection exchange. Moreover, with these known heat exchangers, the supply of cooling fluid or heat transfer is effected by pipes passing through the oil sump below the level of the oil collected, which can then be the source of flow or oozing of oil to the outside of the housing.

Par ailleurs, les échangeurs thermiques présentent un volume d'encombrement relativement important, ce qui implique que d'autres dispositifs remplissant d'autres fonctions peuvent être difficilement disposés à l'intérieur du carter d'huile lorsque ce dernier est monté sur le carter cylindre du moteur à combustion interne. Furthermore, the heat exchangers have a relatively large volume of space, which implies that other devices performing other functions may be difficult to arrange inside the oil sump when the latter is mounted on the cylinder block of the internal combustion engine.

La présente invention a notamment pour but de pallier les inconvénients cités ci-dessus. The present invention is intended to overcome the disadvantages mentioned above.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'échange thermique comprenant un échangeur thermique destiné à être disposé dans un carter d'huile de moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique présente une surface supérieure de réception de l'huile qui est conformée pour réaliser des moyens antiémulsion d'huile. For this purpose, the subject of the invention is a heat exchange device comprising a heat exchanger intended to be arranged in an internal combustion engine oil sump, characterized in that said heat exchanger has an upper receiving surface of the oil which is shaped to achieve oil antiemulsion means.

Grâce à ces dispositions, le dispositif d'échange thermique conforme à l'invention permet de fusionner la fonction anti-émulsion et la fonction d'échange thermique en réalisant un échangeur thermique présentant un volume d'encombrement sensiblement identique au volume d'encombrement d'un échangeur thermique sans fonction anti- émulsion et ce grâce à une seule et même pièce disposée à l'intérieur du carter d'huile. Par fonction anti-émulsion, on entend la fonction qui permet d'empêcher ou de limiter l'introduction de gaz dans l'huile. Par ailleurs, la surface supérieure de réception d'huile de l'échangeur thermique conformée en moyens anti-émulsion étant nécessairement disposée pour affleurer ou être juste au-dessus du niveau d'huile lorsque le moteur est en fonctionnement, l'huile descendant du carter cylindre peut alors par gravité s'écouler sur la plaque anti-émulsion et à l'intérieur de l'échangeur thermique en augmentant donc les performances d'échange thermique. Thanks to these provisions, the heat exchange device according to the invention makes it possible to merge the anti-emulsion function and the heat exchange function by producing a heat exchanger having a volume of space substantially identical to the space requirement volume. a heat exchanger without anti-emulsion function and thanks to a single piece disposed inside the oil sump. By anti-emulsion function is meant the function which makes it possible to prevent or limit the introduction of gas into the oil. Furthermore, the upper oil receiving surface of the heat exchanger shaped anti-emulsion means is necessarily arranged to flush or be just above the oil level when the engine is in operation, the oil down the Cylinder casing can then by gravity flow on the anti-emulsion plate and inside the heat exchanger thus increasing the heat exchange performance.

Par ailleurs, étant donné que l'échangeur thermique présente une surface supérieure conformée en moyens antiémulsion qui affleure ou est au-dessus du niveau d'huile, l'alimentation en fluide de refroidissement peut alors s'effectuer par des canalisations traversant le carter d'huile au-dessus du niveau d'huile, ce qui empêche donc l'écoulement ou le suintement d'huile vers l'extérieur du carter. Furthermore, since the heat exchanger has an upper surface formed as antiemulsion means which is flush with or above the oil level, the cooling fluid supply can then be effected by pipes passing through the oil sump. oil above the oil level, thus preventing the flow or ooze of oil to the outside of the crankcase.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - le dispositif comprend des moyens de fixation de l'échangeur thermique sur le carter d'huile et/ou sur un carter cylindre du moteur à combustion interne et/ou sur une semelle du carter cylindre; la face supérieure de l'échangeur thermique présente une forme sensiblement concave; - au moins un canal anti-engorgement s'étend entre la face supérieure et la face inférieure dudit échangeur thermique; l'échangeur thermique est réalisé à partir d'un matériau perméable à l'huile; - le matériau perméable à l'huile est un matériau spongieux ou poreux dans lequel est noyée au moins une conduite de fluide de refroidissement; - le matériau de l'échangeur thermique est réalisé à partir d'une mousse métallique. In preferred embodiments of the invention, one or more of the following provisions may also be used: the device comprises means for fixing the heat exchanger on the casing oil and / or on a crankcase of the internal combustion engine and / or on a sole of the crankcase; the upper face of the heat exchanger has a substantially concave shape; at least one anti-clogging channel extends between the upper face and the lower face of said heat exchanger; the heat exchanger is made from a material permeable to oil; the oil-permeable material is a spongy or porous material in which at least one cooling fluid pipe is embedded; the material of the heat exchanger is made from a metal foam.

- le dispositif comprend des goulottes de réception d'huile disposées de part et d'autre de l'échangeur thermique, lesdites goulottes étant agencées pour permettre un acheminement de l'huile vers l'échangeur thermique. - The device comprises oil receiving chutes disposed on either side of the heat exchanger, said chutes being arranged to allow a routing of the oil to the heat exchanger.

Par ailleurs, l'invention a également pour objet un carter d'huile pour moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'échange thermique tel que défini ci-dessus. Furthermore, the invention also relates to an oil sump for an internal combustion engine characterized in that it comprises at least one heat exchange device as defined above.

Selon une autre caractéristique du carter d'huile, le dispositif d'échange thermique comprend un deuxième échangeur thermique disposé en dessus de l'échangeur thermique conformé pour réaliser des moyens anti- émulsion d'huile. According to another characteristic of the oil sump, the heat exchange device comprises a second heat exchanger disposed above the shaped heat exchanger to produce oil anti-emulsion means.

L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne équipé d'un carter à huile tel que mentionné ci-dessus. The invention also relates to an internal combustion engine equipped with an oil pan as mentioned above.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'échange thermique conforme à l'invention, disposé dans un carter d'huile rapporté sur un carter cylindre d'un moteur à combustion interne; - la figure 2 est une vue du dispositif d'échange thermique selon le premier mode de réalisation lorsque ledit dispositif reçoit un trop plein d'huile sur sa face supérieure; - les figures 3 à 5 représentent des modes de réalisation des moyens de fixation de l'échangeur thermique sur le carter d'huile; - la figure 6 représente un mode de réalisation d'un tracé d'une conduite de fluide de refroidissement de l'échangeur thermique; - la figure 7 représente une vue en coupe transversale du dispositif d'échange thermique avec des raccords au système de refroidissement du carter cylindre du moteur à combustion interne; - la figure 8 représente une vue schématique en coupe transversale du dispositif d'échange thermique selon un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 9 représente une vue schématique en coupe transversale d'un troisième mode de réalisation du dispositif d'échange thermique conforme à l'invention; et -les figures 10 et 11 représentent des vues agrandies du matériau perméable à structure de type spongieux ou poreux constituant en partie l'échangeur thermique. Other features and advantages of the invention will emerge during the following description of several of its embodiments, given by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view in cross section of a first embodiment of a heat exchange device according to the invention, disposed in an oil sump attached to a cylinder block of an internal combustion engine; - Figure 2 is a view of the heat exchange device according to the first embodiment when said device receives too much oil on its upper face; - Figures 3 to 5 show embodiments of the heat exchanger attachment means on the oil sump; FIG. 6 represents an embodiment of a layout of a cooling fluid pipe of the heat exchanger; - Figure 7 shows a cross-sectional view of the heat exchange device with connections to the cooling system of the cylinder block of the internal combustion engine; FIG. 8 represents a schematic cross-sectional view of the heat exchange device according to a second embodiment of the invention; FIG. 9 represents a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the heat exchange device according to the invention; and FIGS. 10 and 11 show enlarged views of the permeable material with a spongy or porous type structure constituting part of the heat exchanger.

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. In the different figures, the same references designate identical or similar elements.

La figure 1 représente un dispositif d'échange thermique 1 disposé à l'intérieur d'un carter d'huile 2 qui est directement fixé sur un carter cylindre 3 d'un moteur à combustion interne d'un véhicule. A l'intérieur du carter cylindre 3 sont disposés le vilebrequin, les tourillons 4 du vilebrequin, les manetons 5 de bielle ainsi que les contrepoids 6 du vilebrequin. Les pistons ainsi que la partie haute du moteur ne sont pas représentés afin de préserver la clarté des dessins. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif d'échange thermique 1 se présente sous la forme d'un seul échangeur thermique 7 disposé dans la moitié supérieure du carter d'huile 2, cet échangeur thermique 7 présentant une face supérieure 8 de réception d'huile qui est conformée pour réaliser des moyens anti-émulsion d'huile. Par moyens anti-émulsion d'huile, on entend des moyens permettant de diminuer ou d'empêcher l'introduction dans l'huile des gaz contenus dans le carter. La face supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 peut notamment présenter plusieurs creux de forme adaptée pour éviter tout contact avec les pièces mobiles du moteur, à savoir principalement les contrepoids 6 du vilebrequin ainsi que les têtes de bielles (non représentées). A titre d'exemple, la surface supérieure 8 peut présenter des formes telles que celles décrites dans les demandes de brevet français FR 2 650 033 et FR 2 760 042. FIG. 1 represents a heat exchange device 1 disposed inside an oil sump 2 which is directly fixed on a cylinder block 3 of an internal combustion engine of a vehicle. Inside the crankcase 3 are arranged the crankshaft, the journals 4 of the crankshaft, the crank pins 5 as well as the counterweight 6 of the crankshaft. The pistons and the upper part of the engine are not shown to preserve the clarity of the drawings. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the heat exchange device 1 is in the form of a single heat exchanger 7 arranged in the upper half of the oil sump 2, this heat exchanger 7 having a face upper 8 receiving oil which is shaped to achieve oil anti-emulsion means. By anti-oil emulsion means means for reducing or preventing the introduction into the oil of the gases contained in the housing. The upper face 8 of the heat exchanger 7 may in particular have several recesses of suitable shape to avoid contact with the moving parts of the engine, namely mainly the counterweight 6 of the crankshaft and the connecting rod heads (not shown). By way of example, the upper surface 8 may have shapes such as those described in the French patent applications FR 2 650 033 and FR 2 760 042.

La surface supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 a pour fonction principale de réduire les contacts entre les pièces tournantes du moteur et l'huile H collectée dans le carter d'huile 2, ceci dans le but d'éviter les pertes de puissance par frottement et pour limiter l'aération de l'huile par les gaz contenus dans le carter et qui contribue à accélérer le vieillissement de l'huile. Par ailleurs, la surface supérieure 8 conformée pour réaliser des moyens anti-émulsion d'huile a également pour fonction de réduire l'action des effets aérodynamiques produits par les pièces en mouvement sur la surface de l'huile H stockée dans le carter d'huile de manière à éviter également l'aération de l'huile par les gaz contenus dans le carter. The main surface 8 of the heat exchanger 7 has the main function of reducing the contact between the rotating parts of the engine and the oil H collected in the oil sump 2, in order to avoid power losses by friction and to limit the aeration of the oil by the gases contained in the crankcase and which contributes to accelerate the aging of the oil. Moreover, the upper surface 8 shaped to produce oil anti-emulsion means also has the function of reducing the effect of the aerodynamic effects produced by the moving parts on the surface of the oil H stored in the oil sump. oil so as to also avoid the aeration of the oil by the gases contained in the crankcase.

Par ailleurs, la disposition de l'échangeur thermique 7 en partie supérieure du carter d'huile 2 permet également de limiter les mouvements de l'huile H collectée dans le carter 2 lors des accélérations longitudinales et transversales du véhicule de manière à éviter également l'aération de l'huile par les gaz contenus dans le carter et éviter que l'huile vienne au contact des organes mobiles. Moreover, the arrangement of the heat exchanger 7 in the upper part of the oil sump 2 also makes it possible to limit the movements of the oil H collected in the casing 2 during the longitudinal and transverse accelerations of the vehicle so as to also avoid the aeration of the oil by the gases contained in the housing and prevent the oil comes into contact with the movable members.

Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 1, la surface supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 présente une forme sensiblement concave en coupe transversale de manière à présenter des surfaces inclinées sur lesquelles une partie de l'huile provenant des pièces tournantes du moteur peut glisser et s'étaler. L'épaisseur du film d'huile ainsi créé est réduite, de ce fait les bulles de gaz contenues dans le film d'huile peuvent s'échapper plus facilement d'où une désémulsion de l'huile améliorée. Par désémulsion, on entend la suppression ou l'évacuation des gaz contenus dans l'huile. Furthermore, as can be seen in FIG. 1, the upper surface 8 of the heat exchanger 7 has a substantially concave shape in cross-section so as to have inclined surfaces on which a part of the oil coming from the rotating parts motor can slip and spread. The thickness of the oil film thus created is reduced, therefore the gas bubbles contained in the oil film can escape more easily resulting in improved demulsification of the oil. By demulsification is meant the removal or evacuation of the gases contained in the oil.

Dans l'exemple considéré ici, l'échangeur thermique 7 est réalisé à partir d'un matériau 9 perméable à l'huile à structure de type spongieux ou poreux, tel que représenté sur les figures 10 et 11, dans lequel est noyée au moins une conduite 10 de fluide de refroidissement tel que de l'eau glycolée. Le matériau perméable 9 peut par exemple se présenter sous la forme d'un bloc spongieux ou poreux de type mousse métallisée, ce milieu perméable 9 ou plus exactement sa face supérieure 8 présentant alors une forme extérieure analogue à celle d'une tôle anti- émulsion traditionnelle telle que décrite dans les demandes de brevet FR 2 650 033 et FR 2 760 042. In the example considered here, the heat exchanger 7 is made from an oil-permeable material 9 with a spongy or porous type structure, as shown in FIGS. 10 and 11, in which at least one embodiment is embedded. a coolant pipe 10 such as brine. The permeable material 9 may, for example, be in the form of a spongy or porous block of the metallized foam type, this permeable medium 9 or more exactly its upper face 8 then having an external shape similar to that of an anti-emulsion sheet as described in patent applications FR 2 650 033 and FR 2 760 042.

Le matériau perméable à l'huile 9 formé par une mousse métallique, par exemple en cuivre, nickel, aluminium ou leurs alliages, peut être obtenu à partir d'une structure de base polyuréthane. La structure de base polyuréthane est rendue conductrice, par exemple, par une vaporisation d'une fine couche de métal conductrice sur la structure de base polyuréthane. Un dépôt galvanique, par exemple de cuivre, est ensuite réalisé sur la structure, le dépôt est réalisé par voie électrolythique. Ensuite, la matrice organique est éliminée, par exemple, par chauffage ou par attaque chimique, pour ne laisser subsister que la mousse métallique qui présente alors une structure correspondant au négatif de la préforme de polyuréthanne. The oil-permeable material 9 formed by a metal foam, for example copper, nickel, aluminum or their alloys, can be obtained from a polyurethane base structure. The polyurethane base structure is made conductive, for example, by spraying a thin layer of conductive metal on the polyurethane base structure. A galvanic deposit, for example copper, is then made on the structure, the deposit is made electrolytically. Then, the organic matrix is removed, for example, by heating or etching, leaving only the metal foam which then has a structure corresponding to the negative of the polyurethane preform.

Selon un autre mode de réalisation de la mousse métallique 9, une poudre métallique peut tout d'abord être combinée avec un agent moussant, puis ensuite le mélange est fortement compacté et chauffé à une température supérieure à la température de fusion du métal, de telle sorte que l'agent moussant provoque une expansion de la matière qui créée alors la mousse métallique 9. According to another embodiment of the metal foam 9, a metal powder may first be combined with a foaming agent, and then the mixture is strongly compacted and heated to a temperature above the melting temperature of the metal, such as so that the foaming agent causes an expansion of the material which then creates the metal foam 9.

La structure perméable peut également être obtenue par l'injection du métal fondu dans un moule qui sera détruit. Ce procédé utilise initialement une mousse polymère du type par exemple mousse polyuréthane à porosités ouvertes. Cette première mousse est ensuite noyée par une suspension résistante à la température de fusion du métal. Cette suspension est par exemple une suspension de céramique. Après cuisson de la suspension, la mousse polyuréthane est détruite par traitement thermique et le métal fondu est injecté à l'intérieur de la structure ouverte de céramique reproduisant ainsi la mousse polyuréthane originale. La céramique ayant servi de moule est ensuite détruite par exemple par vibration ou encore à l'aide d'un jet sous pression. The permeable structure can also be obtained by injecting the molten metal into a mold that will be destroyed. This process initially uses a polymer foam of the type for example open porosity polyurethane foam. This first foam is then embedded in a suspension resistant to the melting temperature of the metal. This suspension is for example a ceramic suspension. After baking the suspension, the polyurethane foam is destroyed by heat treatment and the molten metal is injected into the open ceramic structure thus reproducing the original polyurethane foam. The ceramic having served as a mold is then destroyed for example by vibration or using a pressure jet.

La structure perméable de métal peut aussi être réalisée par le procédé de frittage de poudres ou fibres métalliques. Pour augmenter les porosités habituellement obtenues par les procédés de compaction des poudres et fibres métalliques, un matériau de remplissage est ajouté et mélangé de manière homogène avec les particules métalliques. The permeable metal structure can also be achieved by the sintering process of powders or metal fibers. To increase the porosities usually obtained by compaction processes of powders and metal fibers, a filler material is added and mixed homogeneously with the metal particles.

Ce matériau est détruit au cours du processus de frittage. This material is destroyed during the sintering process.

Lors d'une première étape précédant la réalisation de la structure perméable, le réseau tubulaire, formé par ladite au moins une conduite de refroidissement 10, est préalablement placé dans le moule/empreinte servant à former la structure perméable. Lors de sa réalisation la structure perméable est ainsi formée autour du réseau tubulaire, ce qui permet d'obtenir l'échangeur thermique 7. In a first step preceding the realization of the permeable structure, the tubular network, formed by said at least one cooling pipe 10, is previously placed in the mold / cavity used to form the permeable structure. During its production, the permeable structure is thus formed around the tubular network, which makes it possible to obtain the heat exchanger 7.

De manière avantageuse, pour améliorer la conductivité thermique entre le réseau tubulaire et la structure perméable, le réseau tubulaire peut de plus être relié à la structure perméable par brasure avec métal d'apport, par soudure autogène ou autres soudures. Advantageously, to improve the thermal conductivity between the tubular network and the permeable structure, the tubular network may also be connected to the permeable structure by brazing with filler metal, by autogenous welding or other welds.

La désémulsion de l'huile est également améliorée lors de son passage dans le matériau perméable 9 formant en partie l'échangeur thermique 7 dans la mesure où les bulles de gaz contenues dans le volume d'huile, en passant dans les porosités du matériau 9, sont cassées en petites bulles qui peuvent plus facilement remonter jusqu'à la surface du volume d'huile stocké dans le fond du carter d'huile 2. The demulsification of the oil is also improved as it passes through the permeable material 9 forming part of the heat exchanger 7 to the extent that the gas bubbles contained in the volume of oil, passing through the porosities of the material 9 , are broken into small bubbles that can more easily go up to the surface of the volume of oil stored in the bottom of the oil sump 2.

Par ailleurs, le matériau perméable 9 en mousse métallique de par sa structure stochastique forme également une barrière contre la propagation des bruits du moteur vers le carter et l'extérieur. Furthermore, the permeable material 9 of metal foam by its stochastic structure also forms a barrier against the propagation of engine noise to the housing and the outside.

L'utilisation d'une mousse métallique pour réaliser l'échangeur selon l'invention permet de réduire considérablement les pertes de charges dues au passage de l'huile à travers l'échangeur. De ce fait, la puissance consommée par la pompe à huile du circuit de lubrification s'en trouve considérablement réduite. En outre, lorsque l'échangeur selon l'invention est placé au dessus du niveau d'huile, l'huile s'écoule uniquement par gravité alors que les solutions de l'art antérieur nécessitent que l'huile soit sous pression pour circuler à travers les échangeurs de type par exemple échangeurs à plaques pour lesquels les pertes de charges sont importantes. The use of a metal foam for producing the exchanger according to the invention makes it possible to considerably reduce the pressure losses due to the passage of the oil through the exchanger. As a result, the power consumed by the oil pump of the lubrication circuit is considerably reduced. In addition, when the exchanger according to the invention is placed above the oil level, the oil flows only by gravity while the solutions of the prior art require that the oil be under pressure to circulate at the oil level. through type exchangers, for example plate exchangers for which the pressure drops are significant.

Comme on peut encore le voir sur la figure 1, la face inférieure 11 de l'échangeur thermique 7 présente un forme concave parallèle à la face supérieure 8. Néanmoins, la face inférieure 11 de l'échangeur thermique 7 pourrait présenter une forme différente, par exemple plane, sans sortir du cadre de l'invention. As can still be seen in FIG. 1, the lower face 11 of the heat exchanger 7 has a concave shape parallel to the upper face 8. Nevertheless, the lower face 11 of the heat exchanger 7 could have a different shape, for example planar, without departing from the scope of the invention.

Le dispositif d'échange thermique 1 comprend également des goulottes 12 de réception d'huile disposées de part et d'autre et sur toute la longueur de l'échangeur thermique 7. Ces goulottes 12 de réception d'huile sont disposées en regard de passages 13 permettant l'acheminement de l'huile provenant du haut du moteur en direction de l'échangeur thermique 7. L'huile provenant du haut du moteur (non représenté) est notamment nécessaire à la lubrification de la distribution telle que les paliers hydrodynamiques d'arbre à came, le dispositif de réglage d'avance de la distribution ainsi que les régleurs hydrauliques de jeu. The heat exchange device 1 also comprises oil receiving chutes 12 arranged on either side and along the entire length of the heat exchanger 7. These oil receiving chutes 12 are arranged opposite passages 13 allowing the delivery of the oil from the top of the engine towards the heat exchanger 7. The oil from the top of the engine (not shown) is particularly necessary for the lubrication of the distribution such as hydrodynamic bearings d camshaft, distribution feed adjuster and hydraulic slack adjusters.

Les goulottes 12 de réception d'huile qui se présentent sous la forme de rainures peuvent par exemple être directement réalisées à partir de la mousse métallique 9. Dans ce cas, le fond 12a de chaque goulotte 12 ainsi que son bord extérieur 12b dirigé vers les parois latérales du carter d'huile 2 sont aménagés pour être rendus étanches tandis que le bord intérieur 12c n'est pas rendu étanche de manière à permettre un écoulement de l'huile provenant du haut du moteur à l'intérieur de la mousse métallique 9. The oil receiving chutes 12 which are in the form of grooves may for example be directly made from the metal foam 9. In this case, the bottom 12a of each chute 12 and its outer edge 12b directed towards the side walls of the oil pan 2 are arranged to be sealed while the inner edge 12c is not sealed so as to allow a flow of oil from the top of the engine inside the metal foam 9 .

Cette huile passe alors au travers de la mousse métallique qui est elle-même refroidie par les conduites 10 à travers lesquelles circule un fluide de refroidissement. Ainsi, l'huile s'écoule par gravité vers la face inférieure 11 de l'échangeur thermique 7 pour finalement s'accumuler au fond du carter d'huile 2. This oil then passes through the metal foam which is itself cooled by the pipes 10 through which circulates a cooling fluid. Thus, the oil flows by gravity to the lower face 11 of the heat exchanger 7 to finally accumulate at the bottom of the oil sump 2.

De même, la partie des flux d'huile provenant du vilebrequin et du/des alésages moteur et qui est projetée sur les parois latérales et supérieure de l'intérieur du carter 3, s'ajoute au flux d'huile provenant du haut du moteur pour être ensuite canalisée dans les goulottes 12 de réception d'huile de façon à ne pas venir en contact avec le vilebrequin puis est ensuite acheminée vers l'intérieur du matériau perméable à l'huile 9 par le biais du bord intérieur 12c de chaque goulotte 12. Similarly, the part of the oil flows from the crankshaft and the engine bores and which is projected on the side walls and upper inside the housing 3, is added to the flow of oil from the top of the engine to be then channeled into the oil receiving chutes 12 so as not to come into contact with the crankshaft and then is conveyed inwardly of the oil-permeable material 9 through the inner edge 12c of each chute 12.

A l'inverse, la partie des flux d'huile en provenance du vilebrequin et du/des alésages moteur et qui projetée vers le bas est directement reçue sur la face supérieure 8 de l'échangeur 7. Cette surface supérieure 8 qui est perméable à l'huile et conformée pour réaliser des moyens anti-émulsion d'huile permet, sous l'action de la gravité et de la vitesse d'écoulement de l'huile, à l'huile de pénétrer à l'intérieur de l'échangeur pour y être refroidie, puis s'échappe par la face inférieure 11 pour venir s'accumuler dans le fond du carter d'huile 2. Cette huile stockée dans le fond du carter d'huile 2 peut alors être aspirée par une pompe à huile qui peut être disposée soit à l'intérieur soit à l'extérieur du carter d'huile 2. Conversely, the portion of the oil flows from the crankshaft and / or the engine bores and which is projected downward is directly received on the upper face 8 of the exchanger 7. This upper surface 8 which is permeable to the oil and shaped to achieve anti-oil emulsion means allows, under the action of the gravity and the speed of flow of the oil, the oil to penetrate inside the exchanger to be cooled, then escapes through the lower face 11 to accumulate in the bottom of the oil sump 2. This oil stored in the bottom of the oil sump 2 can then be sucked by an oil pump which may be disposed either inside or outside the oil sump 2.

Par ailleurs, comme on peut toujours le voir sur la figure 1, le bord extérieur 12b de chaque goulotte présente une hauteur inférieure à celle du bord intérieur 12c correspondant de telle sorte qu'en cas de trop plein d'huile dans chaque goulotte 12 notamment dû à la vitesse d'écoulement de l'huile ralentie du fait de sa viscosité accrue, l'huile puisse s'écouler vers l'extérieur de l'échangeur thermique. Furthermore, as can always be seen in Figure 1, the outer edge 12b of each chute has a height less than that of the corresponding inner edge 12c so that in case of overflow of oil in each chute 12 including Due to the slower flow rate of the oil due to its increased viscosity, the oil can flow out of the heat exchanger.

Le dispositif d'échange thermique 1 peut également comprendre au moins un canal anti-engorgement 14 qui s'étend entre la face supérieure 8 et la face inférieure 11 de l'échangeur thermique 7. Dans l'exemple considéré sur les figures 1 et 2, le dispositif d'échange thermique 1 comprend deux canaux anti-engorgement 14 disposés à une distance suffisante l'un de l'autre pour permettre la formation d'un faible volume de stockage d'huile Hl au dessus de la surface supérieure 8 de l'échangeur thermique en cas de trop plein d'huile tel que représenté sur la figure 2. La surface supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 doit alors être disposée de manière à ce que le niveau supérieur du volume d'huile stocké Hl ou retenu sur la surface supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 ne rentre pas dans la zone d'évolution 15 (représentée en pointillés) de l'ensemble vilebrequin, têtes de bielle et les contrepoids du vilebrequin. En effet, si ce volume d'huile stocké Hl ou retenu sur la surface supérieure 8 de l'échangeur thermique 7 était trop important, ce volume d'huile retenu Hl serait alors balayé par les têtes de bielle ou par les contrepoids du vilebrequin ce qui provoquerait alors l'introduction des gaz présents dans le carter dans l'huile. The heat exchange device 1 may also comprise at least one anti-clogging channel 14 which extends between the upper face 8 and the lower face 11 of the heat exchanger 7. In the example considered in FIGS. 1 and 2 , the heat exchange device 1 comprises two anti-clogging channels 14 arranged at a sufficient distance from each other to allow the formation of a small volume of oil storage Hl above the upper surface 8 of the heat exchanger in case of too much oil as shown in Figure 2. The upper surface 8 of the heat exchanger 7 must be arranged so that the upper level of the stored oil volume Hl or retained on the upper surface 8 of the heat exchanger 7 does not fit in the evolution zone 15 (shown in dashed lines) of the crankshaft assembly, conrod heads and counterweights of the crankshaft. Indeed, if this volume of stored oil H1 or retained on the upper surface 8 of the heat exchanger 7 was too large, this volume of oil retained H1 would then be swept by the conrod heads or the counterweight of the crankshaft. which would then cause the introduction of the gases present in the crankcase in the oil.

Les figures 3 à 5 représentent trois variantes de réalisation des moyens de fixation de l'échangeur thermique 7 sur le carter d'huile 2 et/ou sur le carter cylindre 3 du moteur à combustion interne. Figures 3 to 5 show three alternative embodiments of the heat exchanger attachment means 7 on the oil sump 2 and / or on the cylinder block 3 of the internal combustion engine.

Comme on peut le voir sur la figure 3, les moyens de fixation peuvent se présenter sous la forme d'ailettes horizontales 16 qui s'étendent à partir du bord extérieur 12b de chaque goulotte 12. Ces ailettes horizontales 16 sont destinées à venir se loger dans des logements de forme adaptée réalisés sur les rebords d'extrémité du carter d'huile 2 et/ou du carter cylindre 3 du moteur à combustion interne. Les logements réalisés sur le carter d'huile 2 et/ou le carter cylindre 3 du moteur à combustion interne présentent des formes complémentaires de celles des ailettes horizontales 16 de l'échangeur thermique 7 de manière à ne pas venir écraser lesdites ailettes 16 en mousse métallique lors de la fixation du carter d'huile 2 sur le carter cylindre 3. As can be seen in Figure 3, the fastening means may be in the form of horizontal fins 16 which extend from the outer edge 12b of each chute 12. These horizontal fins 16 are intended to be housed in suitably shaped housings formed on the end edges of the oil sump 2 and / or the cylinder block 3 of the internal combustion engine. The housings made on the oil sump 2 and / or the cylinder block 3 of the internal combustion engine have complementary shapes to those of the horizontal fins 16 of the heat exchanger 7 so as not to crush the said foams 16 when attaching the oil sump 2 to the cylinder block 3.

La présence des ailettes horizontales 16 impose la réalisation de trous traversants 27 au niveau des bords extérieurs 12b de chaque goulotte 12 de manière à permettre une évacuation de l'huile desdites goulottes 12 en cas de trop plein d'huile. The presence of the horizontal fins 16 requires the realization of through holes 27 at the outer edges 12b of each chute 12 so as to allow an evacuation of the oil from said chutes 12 in case of too much oil.

Selon une autre variation de réalisation des moyens de fixation (non représentés), l'échangeur thermique 7 peut être incorporé dans un cadre métallique ou en plastique qui assure le maintien et la rigidité de la mousse métallique. Ce cadre permet d'obtenir facilement des points de fixation pour fixer l'échangeur thermique sur le carter d'huile 2 ou le carter cylindre 3. According to another variation of embodiment of the fastening means (not shown), the heat exchanger 7 may be incorporated in a metal frame or plastic which ensures the maintenance and rigidity of the metal foam. This frame makes it easy to obtain fixing points for fixing the heat exchanger on the oil sump 2 or the cylinder block 3.

Selon une autre forme de réalisation représentée sur la figure 4, les moyens de fixation peuvent également se présenter sous la forme de pieds de fixation 17 s'étendant entre une extrémité inférieure fixée sur le fond du carter d'huile 2 et une extrémité supérieure se présentant sous la forme par exemple d'une tige filetée qui traverse le fond 12a de chaque goulotte 12. Cette tige filetée vient ensuite coopérer avec par exemple un boulon 17a pour permettre une fixation du fond 12a de chaque goulotte par rapport au carter d'huile 2. According to another embodiment shown in FIG. 4, the fastening means may also be in the form of fixing feet 17 extending between a lower end fastened to the bottom of the oil sump 2 and an upper end presenting in the form for example of a threaded rod which passes through the bottom 12a of each chute 12. This threaded rod then cooperates with for example a bolt 17a to allow attachment of the bottom 12a of each chute relative to the oil sump 2.

Selon encore une autre forme de réalisation représentée sur la figure 5, une semelle 28 peut être directement interposée et fixée entre la partie inférieure du carter cylindre 3 et la partie supérieure du carter d'huile 2. Cette semelle 28 du carter cylindre 3 peut notamment comprendre des bossages de fixation 29 formés de fonderie avec la semelle 28. Les moyens de fixation de l'échangeur thermique 7 sont alors formés par une tige 30 présentant deux extrémités filetées qui traversent respectivement le bossage 29 correspondant et le fond 12a de la goulotte 12 correspondante. Ces deux extrémités filetées de la tige 30 sont fixées par exemple à l'aide de boulons pour permettre la fixation de l'échangeur thermique 7 sur la semelle 28 du carter cylindre 3. According to yet another embodiment shown in FIG. 5, a sole 28 may be directly interposed and fixed between the lower part of the cylinder block 3 and the upper part of the oil sump 2. This sole 28 of the cylinder block 3 may in particular comprise fixing bosses 29 formed by casting with the sole 28. The heat exchanger attachment means 7 are then formed by a rod 30 having two threaded ends which respectively pass through the corresponding boss 29 and the bottom 12a of the chute 12 corresponding. These two threaded ends of the rod 30 are fixed for example by means of bolts to allow the attachment of the heat exchanger 7 on the sole 28 of the cylinder block 3.

Les figures 6 et 7 représentent des exemples d'acheminement du fluide de refroidissement à l'intérieur des conduites 10 noyées dans la mousse métallique 9. FIGS. 6 and 7 show examples of routing of the cooling fluid inside the pipes 10 embedded in the metal foam 9.

Comme représenté sur la figure 6, la pluralité de conduites 10 forme un réseau tubulaire 18 dans lequel circule le fluide de refroidissement ou caloriporteur, ce réseau tubulaire pouvant être relié par exemple à une source 17 de fluide en refroidissement disposée à l'extérieur du carter d'huile 2. Dans ce cas, le réseau tubulaire 18 traverse la paroi du carter d'huile 2 au niveau de passages 19 rendus étanches, ces passages 19 étant de préférence réalisés au dessus du niveau d'huile qui sera stocké dans le fond du carter d'huile 2. As shown in FIG. 6, the plurality of ducts 10 form a tubular network 18 in which the coolant or heat transfer fluid circulates, this tubular network possibly being connected for example to a source 17 of cooling fluid disposed outside the casing. 2. In this case, the tubular network 18 passes through the wall of the oil sump 2 at passages 19 made leakproof, these passages 19 preferably being made above the oil level which will be stored in the bottom oil sump 2.

Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 7, le réseau tubulaire 18 de circulation de fluide de refroidissement peut être relié à des canaux 20 formés dans l'une des parois du carter d'huile 2, ces canaux 20 étant alors reliés au circuit de refroidissement 21 par eau du moteur, ce circuit de refroidissement 21 étant notamment utilisé pour le refroidissement des cylindres moteur. Les canaux 20 formés dans le carter d'huile 2 peuvent être par exemple directement réalisés lors de la fabrication en fonderie du carter d'huile ou ultérieurement par usinage. Un joint d'étanchéité 22 peut être utilisé au niveau de l'interface entre le carter d'huile 2 et le carter cylindre 3. According to another variant embodiment shown in FIG. 7, the tubular network 18 for circulating cooling fluid may be connected to channels 20 formed in one of the walls of the oil sump 2, these channels 20 then being connected to the water cooling circuit 21 of the engine, this cooling circuit 21 being used in particular for cooling the engine cylinders. The channels 20 formed in the oil sump 2 may for example be directly made during manufacture in the casing of the oil sump or subsequently by machining. A seal 22 may be used at the interface between the oil sump 2 and the cylinder block 3.

La figure 8 représente un autre mode de réalisation de l'échangeur thermique conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'épaisseur de l'échangeur thermique 7 a été augmentée de manière à augmenter également le nombre de conduites 10 de fluide de refroidissement directement noyées dans la mousse métallique 9. Cette augmentation du nombre de conduites 10 de fluide de refroidissement permet d'augmenter de manière importante la surface d'échange thermique et par conséquent la puissance thermique pouvant être échangée, ceci ayant alors pour conséquence d'améliorer le refroidissement de l'huile. Cette variante de réalisation telle que représentée sur la figure 8 permet également d'améliorer la désémulsion de l'huile dans la mesure où l'augmentation de l'épaisseur de la mousse métallique 9 permet de casser un plus grand nombre de bulles contenues dans l'huile descendant du carter cylindre 3. FIG. 8 represents another embodiment of the heat exchanger according to the invention. In this embodiment, the thickness of the heat exchanger 7 has been increased so as to also increase the number of coolant lines 10 directly embedded in the metal foam 9. This increase in the number of fluid lines 10 cooling makes it possible to increase significantly the heat exchange surface and consequently the heat power that can be exchanged, this then having the effect of improving the cooling of the oil. This embodiment variant as shown in FIG. 8 also makes it possible to improve the demulsification of the oil insofar as the increase in the thickness of the metal foam 9 makes it possible to break a larger number of bubbles contained in the oil descending from the cylinder block 3.

Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 9, le dispositif d'échange thermique 1 peut également comprendre un second échangeur thermique 23 directement disposé entre l'échangeur thermique 7 et le fond du carter d'huile 2. De préférence, ce second échangeur thermique 23 sera également réalisé à partir d'un matériau perméable à l'huile de type spongieux ou poreux tout en 2878893 15 étant disposé au dessus de l'huile destinée à être stockée dans le fond du carter d'huile de manière à permettre à l'huile de traverser ce second échangeur thermique 23 par gravité avant d'être stockée dans le fond du carter d'huile 2 et évacuée au moyen d'une pompe à huile. According to another alternative embodiment shown in FIG. 9, the heat exchange device 1 may also comprise a second heat exchanger 23 directly disposed between the heat exchanger 7 and the bottom of the oil sump 2. Preferably, this second heat exchanger 23 will also be made from a spongy or porous type oil permeable material while being disposed above the oil to be stored in the bottom of the oil sump so as to allow the oil to pass through the second heat exchanger 23 by gravity before being stored in the bottom of the oil sump 2 and discharged by means of an oil pump.

Cet échangeur thermique 23 à la différence de l'échangeur 7 n'exerce pas de fonction anti-émulsion. Cet échangeur thermique 23 présente des rebords latéraux 24 qui font saillie vers le haut de manière à délimiter une cuvette 25 afin que l'huile s'écoulant depuis l'échangeur thermique 7 arrive dans ladite cuvette 25 de manière à traverser l'ensemble de la mousse métallique de l'échangeur thermique 23 en évitant donc que le fluide ne s'écoule le long des flancs 26 de l'échangeur 23. This heat exchanger 23 unlike the exchanger 7 has no anti-emulsion function. This heat exchanger 23 has lateral flanges 24 which protrude upwardly so as to delimit a bowl 25 so that the oil flowing from the heat exchanger 7 arrives in said bowl 25 so as to pass through the whole of the bowl. metal foam of the heat exchanger 23 thus avoiding that the fluid flows along the sidewalls 26 of the exchanger 23.

Claims

1. Heat exchange device (1) comprising a heat exchanger (7) intended to be arranged in an oil sump (2) of an internal combustion engine, characterized in that said heat exchanger (7) has an upper surface (8) for receiving the oil which is shaped to provide oil anti-emulsion means.

2. Device according to claim 1, comprising means (16; 17) for attaching the heat exchanger (7) to the oil sump (2) and / or to a cylinder block (3) of the internal combustion engine. and / or on a sump (28) of the cylinder block.

3. Device according to either of claims 1 and 2, wherein the upper face (8) of the heat exchanger (7) has a substantially concave shape.

4. Device according to claim 3, wherein at least one anti-clogging channel (14) extends between the upper face (8) and the lower face (11) of said heat exchanger (7).

5. Device according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger is made from a material (9) permeable to oil.

6. Device according to claim 5, wherein the material (9) permeable oil is a material (9) spongy or porous in which is embedded at least one pipe (10) of coolant.

7. Device according to claim 6, wherein the material of the heat exchanger (7) is made from a metal foam.

8. Device according to any one of the preceding claims, comprising ducts (12) for receiving oil disposed on either side of the heat exchanger (7), said ducts (12) being arranged to allow routing from the oil to the heat exchanger (7).

9. Oil pan (3) for an internal combustion engine characterized in that it comprises at least one heat exchange device (1) according to any one of the preceding claims.

10. An oil trap according to claim 9, wherein the heat exchange device (1) comprises a second heat exchanger (23) disposed below the heat exchanger (7) shaped to produce anti-emulsion means. oil.

11.Internal combustion engine equipped with an oil sump (3) according to any one of claims 9 and 10.