FR2927416A1 - Echangeur thermique pour un vehicule automobile et vehicule associe - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un échangeur thermique pour un véhicule automobile comprenant :- un faisceau central (1) de N tubes ouverts à leurs deux extrémités ;-une première et une seconde parties latérales (2 ; 3), creuses, qui sont reliées par ledit faisceau central (1), ladite première partie latérale (1) comportant une ouverture d'entrée (21) d'un flux de fluide caloporteur, et ladite seconde partie latérale (3) comportant une première ouverture de sortie dudit fluide (31). De manière caractéristique, selon l'invention, ladite première partie latérale (2) comporte une cloison interne (5) qui divise l'intérieur de ladite première partie latérale (2) en un premier et un second compartiments (24 ; 26) qui communiquent respectivement avec n et N-n tubes dudit faisceau (1) et une seconde ouverture de sortie (27) qui est ménagée au niveau dudit second compartiment (26).

Description

Echangeur thermique pour un véhicule automobile et véhicule associé La présente invention concerne un échangeur thermique pour un véhicule automobile. Le document US 5 101 640 décrit un échangeur thermique pour un véhicule automobile, qui comporte un faisceau central, composé d'une pluralité de tubes parallèles et ouverts à leurs deux extrémités, et deux boîtes à eau latérales qui distribuent le fluide caloporteur dans le faisceau. Les deux boites à eau comportent chacune une ouverture respectivement pour l'entrée et pour la sortie du fluide ainsi qu'une vanne interne, judicieusement disposée qui permet, de par son ouverture ou sa fermeture, d'adapter les dimensions de la portion du faisceau parcourue par le fluide caloporteur, en fonction des besoins et des conditions atmosphériques extérieures, pendant le fonctionnement du moteur. Ainsi, la totalité ou seule une partie définie du faisceau est parcourue par le fluide caloporteur. La technologie dite EGR sur-refroidi consiste à refroidir une partie des gaz d'échappement du moteur avant de les injecter à nouveau dans l'admission de ce dernier afin de compléter leur combustion et d'améliorer les performances du moteur. Selon cette technologie, les gaz d'échappement doivent être refroidis à l'aide d'un échangeur thermique spécifique car la température en sortie du radiateur de refroidissement du circuit moteur est trop élevée pour pouvoir obtenir un refroidissement suffisant des gaz d'échappement. Un but de la présente invention est de proposer un échangeur thermique pour un véhicule automobile qui permet d'obtenir deux niveaux de température et qui peut être adapté à différents véhicules. Ce but est atteint au moyen d'un échangeur thermique pour un véhicule automobile 25 comprenant, de manière connue : - un faisceau central de N tubes ouverts à leurs deux extrémités ; - une première et une seconde parties latérales, creuses, qui sont reliées par ledit faisceau central, ladite première partie latérale comportant une ouverture d'entrée d'un flux de fluide caloporteur, et ladite seconde partie latérale comportant une première 30 ouverture de sortie dudit fluide.

De manière caractéristique, selon l'invention, ladite première partie latérale comporte une cloison interne qui divise l'intérieur de ladite première partie latérale en un premier et un second compartiment qui communiquent respectivement avec n et N-n tubes dudit faisceau, ledit premier compartiment comportant ladite ouverture d'entrée, et une seconde ouverture de sortie qui est ménagée au niveau dudit second compartiment. De cette manière, le flux de fluide caloporteur entrant échange une première fois des calories avec le milieu extérieur lors de son passage dans les n tubes du faisceau qui communiquent avec le premier compartiment de la première partie latérale, puis, une fraction du flux refroidi une première fois sort de l'échangeur par la première ouverture de sortie tandis que la fraction restante passe dans les N-n tubes et sort au niveau du second compartiment, par la seconde ouverture de sortie, échangeant lors de son passage dans les N-n tubes, une seconde fois des calories avec le milieu extérieur. L'échangeur thermique de l'invention permet donc d'avoir deux flux sortant chacun ayant une température différente de l'autre. Un tel échangeur peut être utilisé pour refroidir à la fois le moteur et les gaz d'échappement qui sont réinjectés dans le moteur comme précédemment expliqué. Selon un mode de réalisation préféré, ladite première partie latérale et/ou ladite cloison comporte des premiers moyens de maintien qui permettent de varier la position de ladite cloison dans ladite première partie latérale. De cette manière, il est possible de faire varier le nombre de tubes communiquant avec chacun des compartiments ce qui permet d'adapter les débits des deux flux sortant aux besoins thermique du moteur et du circuit de réinjection des gaz d'échappement. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premiers moyens de maintien comportent une pluralité de rails parallèles, disposés dans ladite première partie latérale et entre lesquels peut coulisser ladite cloison. Le nombre n de tubes qui communiquent avec ledit premier compartiment peut être supérieur au nombre de tubes qui communiquent avec ledit second compartiment de ladite première partie latérale. La première partie latérale peut comporter une troisième ouverture de sortie qui est disposée au niveau dudit premier compartiment de manière à ce que ladite ouverture d'entrée soit disposée entre ladite seconde et ladite troisième ouverture de sortie et ladite première partie latérale et/ou ladite cloison peut comporter des seconds moyens de maintien de ladite cloison qui sont disposés entre ladite ouverture d'entrée et ladite troisième ouverture de sortie. De cette manière, il est possible en bouchant, sélectivement, la seconde ou la troisième ouverture de sortie, d'inverser les positions respectives du premier et du second compartiment et d'obtenir un flux sortant, soit au dessus, soit en dessous, de l'ouverture d'entrée. La présente invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur qui présente une ouverture d'échappement par laquelle sont évacués les gaz de combustion et une ouverture d'admission par laquelle de l'air entre dans ledit moteur, un turbo compresseur qui comprend une entrée reliée à l'ouverture d'échappement dudit moteur et une sortie reliée à ladite ouverture d'admission et un premier échangeur thermique disposé de manière à refroidir les gaz d'échappement qui sont réinjectés dans ledit moteur avant leur entrée dans ledit moteur par ladite ouverture d'admission. Selon l'invention, ledit véhicule comporte un second échangeur thermique qui comporte : - un faisceau central qui comporte N tubes parallèles qui sont ouverts au niveau de leurs deux extrémités ; - une première et une seconde parties latérales, creuses, qui sont reliées par ledit faisceau, ladite première partie latérale comportant une ouverture d'entrée d'un flux de fluide caloporteur et ladite seconde partie latérale comportant une première ouverture de sortie ; ladite première partie latérale comporte une cloison interne qui divise l'intérieur de ladite première partie latérale en un premier et un second compartiments qui communiquent respectivement avec n et N-n tubes dudit faisceau et une seconde ouverture de sortie qui est ménagée au niveau dudit second compartiment, l'entrée dudit premier échangeur communique avec ladite seconde ouverture de sortie dudit second échangeur. Avantageusement, ladite première partie latérale et/ou ladite cloison comporte des premiers moyens de maintien qui permettent de varier la position de ladite cloison dans ladite première partie latérale.

Ces premiers moyens de maintien peuvent comporter une pluralité de rails parallèles, disposés dans ladite première partie latérale et entre lesquels peut coulisser ladite cloison. Le nombre n de tubes qui communiquent avec ledit premier compartiment peut être 5 supérieur au nombre de tubes qui communiquent avec ledit second compartiment de ladite première partie latérale. La présente invention, ses caractéristiques et les différents avantages qu'elle procure seront mieux compris à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif et qui fait 10 référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue de face d'un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'une partie du mode de réalisation de la figure 1 ; et 15 - la figure 2bis représente un agrandissement d'une portion de la figure 2. Comme représenté sur la figure 1, selon un mode de réalisation particulier, l'échangeur thermique de l'invention comporte un faisceau de N tubes 1 qui relie une première et une seconde boîte à eau latérales, respectivement 2 et 3. Chacune de ces boîtes à eau est creuse et communique avec tous les N tubes du faisceau 1, c'est-à-dire 20 que tous les N tubes du faisceau 1 comportent une extrémité ouverte qui débouche dans la première boîte à eau 2, et une autre extrémité ouverte qui débouche dans la seconde boîte à eau 3. La première boîte à eau 2 comporte une ouverture d'entrée 21 d'un fluide caloporteur tandis que la seconde boîte à eau 3 comporte une première ouverture de sortie du fluide 31, qui est, de préférence, décalée selon la hauteur du faisceau 1 par 25 rapport à l'ouverture d'entrée 21 (la hauteur représente la dimension du faisceau 1 orthogonale aux tubes de ce faisceau 1). L'ouverture d'entrée 21 n'est, de préférence, pas disposée sur l'axe de symétrie du faisceau 1. La première boîte à eau 2 comporte une cloison interne 5 qui divise l'intérieur de cette première boîte à eau 2, en un premier compartiment 24 dans lequel est ménagée l'ouverture d'entrée 21 et un second 30 compartiment 26 dans lequel le fluide entrant par l'ouverture d'entrée 21 ne peut pas pénétrer directement depuis le premier compartiment 24. Une second ouverture de sortie 27 est ménagée dans la première boîte à eau 2, au niveau du second compartiment 26. La cloison interne 5 est disposée entre deux tubes du faisceau 1 et compartimente de manière étanche la première boîte à eau 2. Dans le cas présent, la première ouverture de sortie 31 est ménagée au niveau de la portion de la seconde boîte à eau 3 située en face des n tubes du faisceau 1 qui communiquent avec le premier compartiment 24 de la première boîte à eau 2, mais l'invention n'est pas limitée à cette disposition particulière. Comme représenté sur la figure 2, la première boîte à eau 2 comporte deux parois latérales 28 fixées sur le faisceau 1 et une paroi de fond 29 qui ferme la première boîte à eau 2. La face interne de ces parois latérales 28 et la paroi de fond 29 comportent des premiers moyens de maintien 7 qui sont dans le cas présent, une pluralité de paires de rails (ici, trois paires de rails qui correspondent donc à trois positions de la cloison 5), parallèles, entre lesquels peut coulisser la cloison 5. Ces paires de rails sont parallèles aux tubes du faisceau 1 et disposées entre l'ouverture d'entrée 21 et la seconde ouverture de sortie 27, chacune entre deux extrémités ouvertes de tubes, selon la hauteur de la première boîte à eau 2 (la hauteur de la première boîte à eau 2 correspondant à sa dimension perpendiculaire à la longueur des tubes du faisceau 1). L'invention n'est néanmoins pas limitée à ce mode de réalisation des premiers moyens de maintien 7. Les premiers moyens de maintien 7 peuvent comprendre tout élément susceptible de maintenir la cloison 5 dans une position dans laquelle elle compartimente la première boîte à eau 2. Ainsi, les rails peuvent être remplacés par des picots sur lesquels repose la cloison 5 ou une simple nervure qui soutient la cloison 5, celle-ci pouvant ne s'étendre que sur les parois latérales 28. De même, la cloison 5, elle-même, peut être adaptée pour se maintenir en place, en coopérant avec la paroi interne de la première boîte à eau 2.

Par exemple, la cloison 5 peut comporter sur son bord un joint ou bourrelet qui assure l'étanchéité et permet de caler ou coincer la cloison 5 dans la première boîte à eau 2. Ce joint peut permettre, par exemple, d'entrer en force la cloison 5 entre les parois latérales 28 de la première boîte à eau 2, que celle-ci comporte des premiers moyens de maintien ou non. La cloison 5 présente bien évidemment une forme adaptée à la section transversale de la première boîte à eau 2, afin de cloisonner correctement cette dernière.

Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la première boîte à eau 2 comporte une troisième ouverture de sortie 23, ménagée dans le premier compartiment 24. L'ouverture d'entrée 21 est disposée entre la seconde et la troisième ouverture de sortie, respectivement 27 et 23. Des seconds moyens de maintien 8 sont disposés sur la surface interne des parois latérales 28 et de la paroi de fond 29 de la première boîte à eau 2. Ces seconds moyens de maintien 8 sont, dans le cas présent, trois paires de rails, parallèles aux tubes du faisceau 1, disposées chacune entre deux extrémités ouvertes de tubes, à différentes hauteurs dans la première boîte à eau 2. Les mêmes remarques que celles formulées en référence aux premiers moyens de maintien 7 s'appliquent à ces seconds moyens de maintien 8. Ces seconds moyens de maintien 8 peuvent être différents des premiers moyens de maintien 7. Ces seconds moyens de maintien 8 sont disposés entre l'ouverture d'entrée 21 et la troisième ouverture de sortie 23. Ces seconds moyens de maintien 8 permettent également de cloisonner la première boîte à eau 2 en deux compartiments, l'un de volume restreint, situé en bas de l'ouverture d'entrée 21 et l'un de plus grand volume, situé en haut de cette dernière. Les premiers moyens de maintien de la cloison 7 permettent eux de cloisonner la première boîte à eau 2 en deux compartiments 24 et 26 dont le compartiment de volume restreint 26 est situé en haut de l'ouverture d'entrée 21. La seconde partie 3 peut comporter des moyens de maintien pouvant recevoir des cloisons ouvertes ou fermées. Les cloisons ouvertes permettent de réguler le flux entre les parties et les cloisons fermées permettent de ne pas utiliser la totalité du radiateur. La figure 2bis représente les seconds moyens de maintien 8 qui sont dans le cas présent, identiques aux premiers moyens de maintien 7. Ces seconds moyens de maintien 8 comportent une pluralité de rails, parallèles, 71, entre lesquels peut coulisser la cloison 5. La cloison 5 est ainsi disposée entre deux rails 71 proches l'un de l'autre, un groupe de deux rails 71 rapprochés est disposé à une hauteur différente pour permettre de modifier la position de la cloison 5. Le fonctionnement du mode de réalisation de l'invention ici représenté va maintenant être décrit en référence aux figures 1 et 2.

En fonction de l'architecture du moteur, du design de la face avant du véhicule qui détermine, à la fois, la position des entrées d'air pour le refroidissement du fluide caloporteur circulant dans l'échangeur thermique du véhicule, et la vitesse de l'air extérieur venant en contact avec l'échangeur, il est nécessaire de pouvoir adapter la position de la partie de l'échangeur qui sert au refroidissement des gaz d'échappement, par exemple, ainsi que son volume. Ainsi, selon l'invention, avant le montage de l'échangeur de l'invention, il est possible en fixant la cloison 5 dans la première boîte à eau 2, grâce aux premiers ou aux seconds moyens de maintien, respectivement 7 et 8, de séparer la première boîte à eau 2 en deux compartiments dont l'un, de plus petit volume 26, est situé en haut de l'ouverture d'entrée 21, quand on utilise les premiers moyens de maintien 7, ou en bas de cette dernière, quand on utilise les seconds moyens de maintien 8. Lorsque la cloison 5 est positionnée au niveau des seconds moyens de maintien 8, la seconde ouverture de sortie 27 est bouchée et la troisième ouverture de sortie 23 est laissée ouverte. Inversement, lorsque la cloison 5 est positionnée au niveau des premiers moyens de maintien 7, la troisième ouverture de sortie 23 est bouchée et la seconde ouverture de sortie 27 est laissée ouverte. D'autres configurations peuvent être possibles. Par ailleurs, en positionnant la cloison 5 plus ou moins près, respectivement de la seconde ouverture de sortie 27 ou de la troisième ouverture de sortie 23, on modifie le nombre de tubes qui communiquent avec chacun des deux compartiments créés de part et d'autre de la cloison 5. On peut ainsi modifier le volume des deux compartiments et donc le nombre de tubes communiquant avec chacun d'eux. On fixe ensuite les deux boîtes à eau 2 et 3 sur le faisceau 1, de manière étanche. Le flux de fluide caloporteur entre par l'ouverture d'entrée 21, dans le premier compartiment 24, à une température, par exemple, de l'ordre de 100°C, après avoir refroidi le moteur du véhicule. Il traverse le faisceau 1 et, au contact de l'air extérieur qui circule autour du faisceau 1, se refroidit jusqu'à une température de l'ordre de 70°C. Une fraction du flux sortant du faisceau 1 sort par la première ouverture de sortie 31 à cette température, tandis qu'une autre fraction remonte dans le faisceau 1, à contre courant du flux entrant, et passe dans les N-n tubes qui communiquent avec le second compartiment 26. Le fluide se refroidit alors une seconde fois jusqu'à atteindre une température de l'ordre de 50°C lorsqu'il sort par la seconde ouverture de sortie 27. Cette fraction du flux est utilisée pour refroidir les gaz d'échappement au niveau d'un autre échangeur spécifique. Le flux sortant de cet échangeur spécifique est ensuite réintroduit dans le flux sortant de la première ouverture de sortie 31 et sert à refroidir le moteur avant d'entrer à nouveau par l'ouverture d'entrée 21. Le fonctionnement est le même, lorsque la cloison 5 est positionnée sur les seconds moyens de maintien 8 et que la seconde ouverture de sortie 27 est bouchée, avant le montage de l'échangeur. La seule différence est que le fluide sort à une température inférieure au niveau de la troisième sortie 23 qui est située sous l'ouverture d'entrée 21. L'échangeur de l'invention permet, d'une part, d'utiliser un même flux de fluide caloporteur entrant pour obtenir deux niveaux de température, par exemple, pour refroidir le moteur et les gaz d'échappement qui sont réinjectés dans le moteur. Les gaz d'échappement peuvent ainsi être refroidis à une température inférieure à celle du fluide refroidi circulant dans le circuit de refroidissement du moteur. Par ailleurs du fait de la position réglable de la cloison 5, de part et d'autre de l'ouverture d'entrée 21, il est possible d'adapter la position de la sortie de la fraction de fluide servant à obtenir le second niveau de température. De même, les premiers et seconds moyens de maintien comportant chacun une pluralité d'éléments de maintien disposés plus ou moins éloignés de l'ouverture d'entrée 21, il est possible de modifier, avant le montage de l'échangeur, le nombre de tubes communiquant avec chacun des compartiments de la première boîte à eau. Ceci permet d'adapter les volumes du faisceau 1 utilisés pour le refroidissement du fluide circulant uniquement dans le circuit de refroidissement du moteur et pour le refroidissement du fluide sortant donc par la seconde ou troisième ouverture de sortie 27, 23 de la première boîte à eau 2. Ainsi, il est possible d'adapter un même radiateur à différents véhicules et types de véhicules qui présentent des besoins différents en refroidissement, par exemple en refroidissement moteur et EGR.

L'échangeur de la présente invention peut également servir à refroidit, par exemple, les batteries, le refroidisseur d'air de suralimentation et l'électronique de puissance.

Claims (9)

Revendications

1. Echangeur thermique pour un véhicule automobile comprenant : - un faisceau central (1) de N tubes ouverts à leurs deux extrémités ; -une première et une seconde parties latérales (2 ; 3), creuses, qui sont reliées par 5 ledit faisceau central (1), ladite première partie latérale (1) comportant une ouverture d'entrée (21) d'un flux de fluide caloporteur, et ladite seconde partie latérale (3) comportant une première ouverture de sortie dudit fluide (31) ; caractérisé en ce que ladite première partie latérale (2) comporte une cloison interne (5) qui divise l'intérieur de ladite première partie latérale (2) en un premier et un 10 second compartiments (24 ; 26) qui communiquent respectivement avec n et N-n tubes dudit faisceau (1), ledit premier compartiment (24) comportant ladite ouverture d'entrée (21), une seconde ouverture de sortie (27) qui est ménagée au niveau dudit second compartiment (26).

2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première partie 15 latérale (2) et/ou ladite cloison (5) comporte des premiers moyens de maintien (7) qui permettent de varier la position de ladite cloison (5) dans ladite première partie latérale (2).

3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de maintien (7) comportent une pluralité de rails (71), parallèles, disposés 20 dans ladite première partie latérale (2) et entre lesquels peut coulisser ladite cloison (5).

4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre n de tubes qui communiquent avec ledit premier compartiment (24) est supérieur au nombre de tubes qui communiquent avec ledit second compartiment 25 (26) de ladite première partie latérale (2).

5. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite première partie latérale (2) comporte une troisième ouverture de sortie (23) qui est disposée au niveau dudit premier compartiment (2), de manière à ce que ladite ouverture d'entrée (21) soit disposée entre ladite seconde et ladite troisième 30 ouverture de sortie (27 ; 23) et en ce que ladite première partie latérale (2) et/ouladite cloison (5) comporte des seconds moyens de maintien (8) de ladite cloison (5) qui sont disposés entre ladite ouverture d'entrée (21) et ladite troisième ouverture de sortie (23).

6. Véhicule automobile comprenant un moteur qui présente une ouverture d'échappement par laquelle sont évacués les gaz de combustion et une ouverture d'admission par laquelle de l'air entre dans ledit moteur, un turbo compresseur qui comprend une entrée reliée à l'ouverture d'échappement dudit moteur et une sortie reliée à ladite ouverture d'admission et un premier échangeur thermique disposé de manière à refroidir les gaz d'échappement qui sont réinjectés dans ledit moteur avant leur entrée dans ledit moteur par ladite ouverture d'admission, caractérisé en ce que ledit échangeur comporte un second échangeur thermique qui comporte : -un faisceau central (1) qui comporte N tubes parallèles qui sont ouverts au niveau de leurs deux extrémités ; -une première et une seconde parties latérales (2 ; 3), creuses, qui sont reliées par ledit faisceau (1), ladite première partie latérale (2) comportant une ouverture d'entrée (21) d'un flux de fluide caloporteur et ladite seconde partie latérale (3) comportant une première ouverture de sortie (31) ; en ce que ladite première partie latérale (2) comporte une cloison interne (5) qui divise l'intérieur de ladite première partie latérale (2) en un premier et un second compartiments (24 ; 26) qui communiquent respectivement avec n et N-n tubes dudit faisceau (1) et une seconde ouverture de sortie (27) qui est ménagée au niveau dudit second compartiment (26) et en ce que l'entrée dudit premier échangeur communique avec ladite seconde ouverture de sortie (27) dudit second échangeur.

7. Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite première partie latérale (2) et/ou ladite cloison (5) comporte des premiers moyens de maintien (7) qui permettent de varier la position de ladite cloison (5) dans ladite première partie latérale (2).

8. Véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de maintien (7) comportent une pluralité de rails, parallèles,disposés dans ladite première partie latérale (2) et entre lesquels peut coulisser ladite cloison (5).

9. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le nombre n de tubes qui communiquent avec ledit premier compartiment (24) est supérieur au nombre de tubes qui communiquent avec ledit second compartiment (26) de ladite première partie latérale (2).