FR3126454A1

FR3126454A1 - Echangeur de chaleur eau-air optimisé

Info

Publication number: FR3126454A1
Application number: FR2109145A
Authority: FR
Inventors: Jean-Baptiste Chancerelle; Basile Petitjean
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2041-09-01
Also published as: FR3126454B1

Abstract

Système d’admission (10) de gaz ou d’air prélevés depuis une face d’échappement (71) du moteur et comportant un échangeur de chaleur (11) de type eau-air pour un moteur thermique de véhicule automobile qui comporte une culasse (50) montée sur un carter-cylindres (60) dans lequel sont agencés des cylindres qui s’étendent selon des axes parallèles, comprenant une zone d’échange de chaleur (20) définie entre une extrémité amont d’entrée (21) des gaz et une extrémité de sortie (22) des gaz en vis-à-vis de la face d’admission (70) de la culasse dudit moteur, Caractérisé en ce que ladite zone d’échange (20) comporte une courbure selon un axe de courbure (X’) parallèle à l’axe longitudinal (X) du moteur passant par les axes des cylindres. Figure pour l’abrégé : Figure 2

Description

Echangeur de chaleur eau-air optimisé

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne un moteur à combustion interne.

La présente invention concerne également un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique avec un échangeur de chaleur en amont d’un répartiteur d’admission d’air.

La présente invention concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur dont l’entrée est directement connectée à une sortie de gaz chauds du moteur, par exemple à la sortie d’un compresseur ou d’un élément de dépollution ou d’un collecteur d’échappement du moteur.

Etat de la technique

Un véhicule automobile connait de plus en plus de contraintes de réduction d’encombrement de ses équipements pour des raisons d’esthétique ou de confort des passagers. En particulier, le véhicule équipé d’un moteur thermique appelé aussi à combustion interne comporte un compartiment moteur dans lequel est logé un groupe motopropulseur comprenant le moteur et ses éléments ou accessoires, et dont les dimensions sont de plus en plus réduites entrainant des recherches d’améliorations en termes de compacité du moteur et de ses éléments ou accessoires.

Ainsi il est prévu d’optimiser l’espace du compartiment moteur d’une part en réduisant le volume du moteur et de ses éléments ou accessoires et d’autre part en agençant de façon astucieuse le moteur avec ses accessoires.

Un moteur thermique comprend de manière connue un carter-cylindres sur lequel est montée une culasse. Dans ladite culasse sont creusés des conduits d’admission d’air qui mènent à des cylindres. La culasse présente une face dite « admission » contre laquelle est fixé un répartiteur d’admission apte à diriger de l’air ou des gaz d’amission vers les conduits d’admission connectés avec les cylindres, et une face dite « échappement » contre laquelle est fixé un collecteur d’échappement pour récupérer les gaz brulés issus de la combustion dans les cylindres du moteur.

Du côté échappement est également agencé un turbocompresseur qui est entrainé par les gaz brulés issus de la combustion dans le moteur thermique et qui est apte à comprimer de l’air frais ou des gaz mélangés d’air frais de gaz brulés recirculés.

L’air frais peut être au préalable à l’admission du moteur, compressé au passage d’un compresseur qui est par exemple l’étage de compression d’un turbocompresseur. La température de l’air est alors augmentée.

Il est connu de réduire les rejets de polluants générés par la combustion dans les moteurs thermiques, les gaz brulés dans la chambre de combustion expulsés via des conduits d’échappement vers un circuit d’échappement sont ramenés ver l’admission du moteur. On distingue au moins trois types de gaz brulés dit recirculés réintroduits à l’admission :

-les gaz recirculés dits haute pression sont prélevés directement à la sortie de la face échappement du moteur par exemple depuis une chambre creusée dans la culasse ou depuis un collecteur d’échappement fixé à ladite culasse.

-les gaz recirculés dits basse pression sont prélevés plus en aval selon le sens d’écoulement des gaz et notamment au niveau ou en aval d’un dispositif de dépollution des gaz brulés tels qu’un catalyseur ou un piège à Nox ou oxydes d’azote.

-les gaz déshuilés dits de « blow-by » en anglais désignent des gaz issus de vapeurs d’huile qui passent par un décanteur d’huile fixé au moteur. Les gaz déshuilés sont ainsi ramenés depuis le décanteur et introduits dans le répartiteur d’admission, notamment dans le plénum du répartiteur. Les gaz déshuilés sont injectés dans le plénum grâce à une rampe disposée transversalement au flux d’admission dans la culasse et qui comprend des canaux d’injection notamment au droit des débouchés des conduits d’admission de la culasse.

Les gaz recirculés ou issus de vapeurs d’huile sont également à des niveaux de température importants.

Les gaz recirculés peuvent aussi emprunter un circuit complexe avant d’intégrer l’échangeur de chaleur. Ledit circuit peut comprendre un conduit qui autour du moteur depuis la face échappement vers la face d’admission, notamment jusqu’à l’entrée de l’échangeur. La chaleur des gaz se répand ainsi dans tout le compartiment moteur et le refroidissement desdits gaz brulés au passage dans l’échangeur peut ne pas être suffisant pour améliorer le rendement du moteur.

Afin d’améliorer l’efficacité et le rendement du moteur, les gaz d’admission sont refroidis avant leur admission dans les cylindres du moteur, notamment avant l’entrée dans les conduits d’admission menant auxdits cylindres.

Ainsi un étage de refroidisseur est installé dans le circuit d’admission d’air en amont de la culasse selon le sens de circulation des gaz d’admission. Cet étage de refroidisseur comprend par exemple un échangeur air/eau par lequel l’air compressé chaud cède une partie de sa chaleur à de l’eau ou à un liquide de refroidissement. L’échangeur de chaleur est logé dans un carter qui est fixé au répartiteur d’admission.

De manière connue, ledit échangeur est de forme sensiblement parallépipédique et s’étend selon un axe transversal au moteur, ce qui peut aller à l’encontre de la contrainte d’encombrement du groupe motopropulseur.

Pour optimiser l’occupation de l’espace du compartiment moteur, ledit carter est fixé selon une direction oblique par rapport à la face d’admission de la culasse. Ladite face d’admission s’étend sensiblement selon un plan vertical.

Afin de réduire l’encombrement, on peut aussi réduire la longueur de l’échangeur et donc l’efficacité de l’échangeur, la longueur de l’échangeur étant la dimension selon laquelle s’écoulent les gaz chauds en échangeant de la chaleur avec un liquide de refroidissement.

La publication FR3073257-A1 divulgue un échangeur de chaleur pour l’admission d’air et de gaz recirculés, fixé de manière oblique contre la paroi d’admission de la culasse d’un moteur thermique de véhicule automobile.

Selon ce document, l’échangeur est fixé selon une direction transversale à l’axe longitudinal du moteur, notamment radiale, ce qui augmente sensiblement l’encombrement du groupe motopropulseur.

Un autre inconvénient concerne les formes des conduits de recirculation des gaz brulés et des conduits d’amenée d’air à l’entrée dudit échangeur qui présentent des changements de direction importants entrainant des pertes de charges significatives ou impliquant des formes complexes avec des déflecteurs pour minimiser ces pertes de charge.

Le but de l’invention de remédier à ces problèmes et l’objet de l’invention est un échangeur de chaleur, notamment un échangeur de type air-eau dans lequel l’air cède des calories à un liquide refroidissement à base d’eau, et présentant une longueur d’échange de chaleur importante dans un encombrement transversal par rapport au moteur réduit.

Présentation de l’invention

La présente invention concerne plus particulièrement un système d’admission de gaz ou d’air prélevés depuis une sortie de gaz chauffés d’un élément du moteur et comportant un échangeur de chaleur de type eau-air pour un moteur thermique de véhicule automobile qui comporte une culasse montée sur un carter-cylindres dans lequel sont agencés des cylindres qui s’étendent selon des axes parallèles, comprenant une zone d’échange de chaleur avec une extrémité amont d’entrée des gaz et une extrémité de sortie des gaz en vis-à-vis de la face d’admission d’une culasse dudit moteur,

Caractérisé en ce que ladite zone d’échange comporte une courbure selon un axe de courbure parallèle à l’axe longitudinal du moteur passant par les axes des cylindres.

De manière avantageuse, l’échangeur de chaleur eau-air comporte une zone d’échange de chaleur entre l’eau et l’air avec une extrémité de sortie des gaz en vis-à-vis de la face d’admission de la culasse, notamment des embouchures de conduits d’admission creusés dans ladite culasse, et une extrémité d’entrée des gaz qui est tournée vers la culasse. Selon l’invention ladite zone d’échange présente une courbure, notamment selon un axe parallèle à l’axe longitudinal du moteur, qui passe par les axes des cylindres du moteur. Ainsi, la zone d’échange de chaleur présente une longueur plus importante comprenant un arc de courbure.

Selon d’autres caractéristiques de l’invention :

- l’angle de courbure est supérieur à 60°.

De manière avantageuse, l’angle de courbure peut varier dans une plage d’angle supérieur à 60° pour ne pas engendrer de pertes de charges importantes au passage des gaz.

-la zone d’échange entoure partiellement la culasse.

De manière avantageuse, la zone d’échange entoure partiellement la culasse, notamment une paroi latérale d’admission de ladite culasse. Ainsi l’échangeur n’est pas positionné radialement par rapport au moteur thermique dont l’encombrement est réduit. De cette façon, l’échange de chaleur entre les gaz et le liquide de refroidissement, à base d’eau, comprend une longueur d’échange optimale tout en gardant un encombrement réduit.

-l’extrémité d’entrée des gaz de la zone d’échange est tournée vers le moteur.

De manière avantageuse, l’extrémité d’entrée des gaz est tournée vers le moteur, notamment vers la culasse, ce qui réduit les pertes de charges pour amener les gaz vers ladite extrémité d’entrée des gaz tournée vers l’extérieur du moteur dans une architecture conventionnelle et connue.

-la zone d’échange comprend des tubes de passage des gaz s’étendant parallèlement deux-à-deux, présentant un écartement constant entre lesdits tubes et baignant dans une chambre de refroidissement.

De manière avantageuse, la zone d’échange comprend des conduits tubulaires de passage des gaz qui s’étendent parallèlement les uns aux autres avec un écartement sensiblement constant entre les tubes pour permettre un mouillage de chacun des tubes qui baigne dans une chambre de refroidissement traversée par un flux de liquide de refroidissement, ce qui permet de maitriser les pertes de charge du flux de liquide de refroidissement au travers de l’échangeur, et améliorer les échanges de chaleur notamment avec le surface d’échange le plus importante possible.

-l’axe des tubes de passage des gaz présente une courbure autour de l’axe parallèle à l’axe longitudinal du moteur.

De manière avantageuse, chaque tube de passage des gaz présente une courbure autour de l’axe de courbure de la zone d’échange, avec un rayon de courbure qui peut varier en fonction de la position radiale dudit tube de passage par rapport à l’axe de courbure.

-la zone d’échange est comprise dans un carter d’échangeur qui présente une courbure autour de l’axe de courbure longitudinal parallèle à l’axe longitudinal de la culasse.

De manière avantageuse, la zone d’échange de chaleur est comprise dans un carter de l’échangeur qui présente également une courbure selon le même axe ou parallèle à l’axe de courbure de la zone d’échange de l’échangeur. Le carter enveloppe toute la zone d’échange de chaleur entre les gaz et le liquide de refroidissement, de manière sensiblement proche des conduits de passage des gaz pour minimiser l’encombrement.

-la section de passage de l’extrémité d’entrée des gaz dans la zone d’échange de l’échangeur est sensiblement égale à la section de passage de sortie desdits gaz.

De manière avantageuse, la section de passage, la section de passage des gaz de l’extrémité d’entrée est sensiblement égale à la section de passage de l’extrémité opposée de sortie pour faciliter la fabrication de l’échangeur.

-la section de passage de chaque tube est constante depuis l’extrémité d’entrée à l’extrémité de sortie.

De manière avantageuse, la section de passage des gaz de chaque tube de passage est constante depuis l’extrémité amont d’entrée des gaz à l’extrémité aval de sortie de gaz vers l’admission du moteur.

-l’échangeur comprend un diffuseur aval connecté en aval de la zone d’échange.

De manière avantageuse, l’échangeur comprend un diffuseur aval connecté en aval de la zone d’échange pour s’adapter de manière optimale à l’admission du moteur.

-ledit diffuseur aval forme un plénum d’admission pour les gaz vers des conduits d’admission définis dans la culasse.

De manière avantageuse, ledit diffuseur aval forme un plénum d’admission des gaz dans le moteur.

-l’extrémité amont de chaque tube de passage comprend un convergent.

De manière avantageuse, l’extrémité amont de chaque tube de passage tournée vers le conduit d’amenée peut comprendre un convergent pour accélérer les gaz dans lesdits conduits et améliorer les échanges thermiques.

-l’extrémité aval de chaque tube de passage comprend un divergent.

De manière avantageuse, l’extrémité aval de chaque tue de passage peut comprendre un divergent pour réduire la vitesse des gaz et permettre un meilleur mélange avant l’entrée dans les conduits d’admission de la culasse.

-ledit échangeur comprend un diffuseur amont connecté avec l’extrémité amont de la zone d’échange.

De manière avantageuse, l’échangeur de chaleur comporte un diffuseur connecté avec l’extrémité amont de la zone d’échange afin d’assurer une continuité du flux de gaz en entrée de la zone d’échange de chaleur.

-le diffuseur amont est connecté avec un conduit d’amenée des gaz.

De manière avantageuse, le diffuseur amont est connecté fluidiquement avec un conduit d’amenée des gaz pour simplifier le circuit de gaz.

-le carter d’échangeur, les tubes d’échange de la zone d’échange et le diffuseur aval sont formés d’une seule pièce.

De manière avantageuse, le carter d’échangeur, les tubes d’échange de la zone d’échange et le diffuseur aval, c’est-à-dire tous les éléments constituant l’échangeur sont formés d’une seule pièce pour simplifier la fabrication de l’échangeur et réduire les opérations de montage desdits éléments.

-l’échangeur est issu de fabrication additive.

De manière avantageuse, l’échangeur c’est-à-dire tous les éléments constituant ledit échangeur à savoir le conduit d’amenée, le carter d’échangeur, les tubes d’échange de la zone d’échange et le diffuseur aval, est issu de fabrication additive. Ainsi à partir d’une numérisation de tous les éléments constitutifs de l’échangeur ainsi que de leur position finale dans ledit échangeur, on peut obtenir facilement un échangeur pour un moteur qui optimise les échanges de chaleur.

-l’échangeur est issu de matière métallique et/ou plastique.

De manière avantageuse, l’échangeur c’est-à-dire les éléments constituant ledit échangeur sont issu de matière métallique, notamment d’alliage d’aluminium, ou de matière plastique afin de contenir le poids de l’échangeur tout en assurant une rigidité suffisante pour le maintien dudit échangeur contre la culasse du moteur.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :

est une vue schématique d’un échangeur de moteur thermique de véhicule automobile selon l’état de l’art.

est une vue schématique d’un système d’admission selon l’invention.

est une vue schématique de dessus d’un système d’admission selon l’invention.

est une schématique d’un échangeur de chaleur du système d’admission selon l‘invention.

est une vue schématique de coupe transversale de l’échangeur.

Description détaillée des figures

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.

Les termes haut/bas se réfèrent à un référentiel orthonormé du véhicule automobile, avec deux axes horizontaux dans le plan du véhicule passant par exemple par les essieux dudit véhicule, et un axe orthogonal vertical audit plan tourné vers le haut H, par exemple du moteur vers le capot moteur du véhicule.
De manière connue, un moteur thermique de véhicule est alimenté en air par un circuit d’admission. Ainsi de l’air est capté depuis la face avant du véhicule et conduit jusqu’à une paroi d’admission du moteur, notamment d’une culasse dudit moteur. L’air peut passer par exemple par un filtre à air, par un étage de compression qui peut-être un compresseur d’un turbo-compresseur. A la sortie de l’étage de compression, la température de l’air compressé a sensiblement augmenté et il convient de le refroidir avant son admission dans le moteur pour améliorer l’efficacité dudit moteur.

Ledit air compressé peut également être mélangé avec des gaz brulés recirculés issus d’un étage de dépollution, par exemple un catalyseur, ou d’un collecteur d’échappement.

De manière connue, lesdits turbocompresseur, élément de dépollution et collecteur d’échappement sont agencés du côté échappement du moteur.

L’air compressé ou les gaz recirculés sont ramenés vers le côté admission opposé au côté échappement dudit moteur.

L’air d’admission peut être un mélange d’air compressé avec des gaz recirculés.

Selon la , l’air d’admission est refroidi pour assurer une meilleure efficacité du moteur, en passant par un échangeur de chaleur 11 généralement de type eau/air par lequel l’air transfère une partie de sa chaleur à un liquide de refroidissement à base d’eau. En sortie de l’échangeur, l’air est amené dans un répartiteur d’admission 14 qui est fixé contre une paroi 12 d’admission d’une face d’admission 70 de la culasse 50 du moteur. La face d’admission est du côté admission du moteur. Le répartiteur 14 comprend un plénum ou chambre de répartition connecté à des chambres de combustion du moteur via des canaux d’admission creusés dans la culasse. Chacune desdites chambres de combustion est délimitée par un cylindre creusé dans un carter-cylindres 60, un piston qui est mobile en coulissement selon l’axe du cylindre et une face inférieure de la culasse.

L’agencement de l’échangeur implique le montage de plusieurs éléments tels qu’un conduit d’amenée des gaz 30, une boite d’entrée de gaz 31 en amont de l’échangeur, l’échangeur, une bride de fixation 52 de l’échangeur contre la paroi d’admission de la culasse. De plus vus les différents de direction du flux de gaz, par exemple depuis la culasse vers l’extrémité d’entrée 12 de l’échangeur qui s’étend radialement depuis la culasse 50, différents dispositifs pour minimiser les pertes de charges, tels que des déflecteurs, sont intégrés pour optimiser également l’arrosage des conduits de passage des gaz de l’échangeur.

Selon un mode de réalisation de l’invention représenté en figures 2 et 3, le système d’admission d’air 10 ou de gaz recirculés comprend un conduit d’amenée 30 des gaz sensiblement tubulaire qui s’étend depuis une face d’échappement 71 du moteur vers la face d’admission 70 de la culasse. Le conduit ici passe au-dessus de la culasse 50, mais il peut suivre un autre chemin sans réduire la portée de l’invention.

Le conduit d’amenée 30 présente une première extrémité amont 31 d’entrée des gaz sensiblement proche des interfaces de sortie des gaz ayant passé par un élément du moteur amont. Dans l’exemple présenté, l’extrémité amont d’entrée des gaz est proche de la sortie d’un étage de compression d’un turbocompresseur 62.

La seconde extrémité aval 32 du conduit d’amenée est disposée sensiblement au-dessus de la culasse, notamment au-dessus d’un couvre-culasse 61 monté en appui sur ladite culasse 50 comme représenté en .

Ledit conduit d’amenée 30 débouche dans une bouche divergente 13 avec une section de passage qui s’accroit progressivement sensiblement linéairement. La bouche divergente 13 est un diffuseur amont qui présente ainsi une section de passage circulaire en entrée 14 ou en amont connectée avec le conduit d’amenée 30, et une section de passage rectangulaire en sortie ou aval 15. La section de passage aval rectangulaire est adaptée pour être connectée à l’échangeur de chaleur 11 de type eau-air, notamment à la zone d’échange de chaleur de l’échangeur. Le diffuseur amont 13 est connecté fluidiquement avec le conduit d’amenée 30 des gaz pour simplifier le circuit de gaz.

L’échangeur de chaleur 11 est présenté en figures 4 et 5, en exemple dans un mode réalisation non limitatif, afin de faciliter la compréhension.

Ledit échangeur 11 comprend des conduits tubulaires de passage 16 d’air ou de gaz qui sont baignés dans une chambre d’échange d’eau ou de liquide de refroidissement 17. Ladite chambre est délimitée par un carter d’échangeur 18 pour former une zone d’échange de chaleur 20.

Le carter 18 de l’échangeur 11 peut comprendre deux embouts 19a,19b conformés pour être connectés à un circuit de refroidissement (non représenté) du moteur. De manière préférentielle, un premier embout d’entrée de liquide 19a est agencé à proximité de l’extrémité aval 22 de sortie des gaz de la zone d’échange 20 qui est également proche de la culasse 50 dans laquelle est formée une partie du circuit de refroidissement du moteur. Cette proximité de l’embout d’entrée de liquide avec la culasse permet de réduire de façon sensible les tubes de connexion ou d’assemblage entre l’embout d’entrée 19 a de liquide de l’échangeur 11 et le circuit de refroidissement de la culasse 50.

De manière préférentielle, le carter 18 comprend un second embout 19b de sortie de liquide qui est connecté en retour au circuit de refroidissement du moteur. Ledit second embout de sortie 19b est agencé à proximité de l’extrémité 21 amont d’entrée des gaz de la zone d’échange 20.

Le flux de liquide de refroidissement traverse donc la zone d’échange 20 en sens inverse ou à contre-courant du flux de gaz au travers de ladite zone d’échange, ce qui favorise davantage les échanges de chaleur. Ce type d’échange est connu sous le nom anglais de « counter-flow ».

La zone d’échange de l’échangeur 20 présente une courbure autour d’un axe de courbure X’ orthogonal à l’axe d’écoulement des gaz dans la zone d’échange. Plus particulièrement dans le mode de réalisation présenté, l’axe de courbure X’ est parallèle à l’axe longitudinal X de la culasse ; ledit axe longitudinal X peut être défini passant par les axes de cylindres du moteur. L’angle de courbure 24 est de manière préférentielle supérieur à 60° pour éviter des angles trop aigus pouvant engendrer des pertes de charges importantes. Selon ce mode de réalisation il est de l’ordre de 180° depuis l’extrémité amont d’entrée 21 dans la zone d’échange 20 jusqu’à l’extrémité aval de sortie 22 des gaz de ladite zone.

De manière préférentielle, le rayon de courbure est de l’ordre de quelques centimètres, par exemple 3 cms, à une quinzaine de centimètres. Par exemple, selon le mode de réalisation présenté, il peut être de 5 cms.

L’extrémité amont 21 de la zone d’échange 20 est tournée vers le moteur et non vers l’extérieur du moteur. Dans le mode réalisation présenté, l’extrémité amont d’entrée de la zone d’échange est tournée vers un plan vertical 72 passant par la face d’admission 70 de la culasse. On convient de différencier le positionnement de cette extrémité amont d’entrée 21 tournée vers le moteur et non vers l’extérieur du moteur, qui permet d’une part de réduire des pertes de charge du flux de gaz et d’autre part de s’affranchir de dispositifs tels des déflecteurs pour réduire ces pertes de charge. L’extrémité d’entrée 21 de la zone d’échange 20 est tournée vers la culasse 50, ou vers le moteur ou vers la face d’échappement 71 de la culasse selon différents modes de réalisation non représentés. Pour être plus clair l’extrémité amont d’entrée des gaz dans l’échangeur n’est pas tournée comme dans l’état de l’art vers l’extérieur du moteur ou de la culasse mais vers le moteur.

L’angle de courbure 24 peut varier selon les modes de réalisation.

Selon un mode de réalisation non représenté, l’extrémité d’entrée de la zone d’échange peut être tournée vers le haut H, et l’angle de courbure est de l’ordre de 90° pour une fixation de l’échangeur à la face d’admission de la culasse.

Ainsi tous les conduits tubulaires 16 de traversée des gaz s’étendent avec une courbure similaire à celle de l’échangeur. Lesdits conduits tubulaires 16 restent parallèles entre eux et séparés les uns des autres par une distance constante afin d’assurer un échange optimal de chaleur avec le liquide de refroidissement. Ainsi les axes desdits conduits sont parallèles entre eux et s’étendent selon une courbure autour de l’axe de courbure X’. Les rayons de courbure peuvent varier selon la disposition du conduit tubulaire dans la chambre d’échange 17.

Le carter 18 de l’échangeur 11 présente également une courbure autour de l’axe de courbure X’.

La zone d’échange 20 de chaleur entoure partiellement la culasse 50, pour amener les gaz depuis le dessus de ladite culasse jusqu’aux conduits d’admission de gaz et d’air creusés dans ladite culasse et débouchant de la face d’admission 70 de la culasse. En effet, elle débute au-dessus du couvre-culasse 61 monté au-dessus de la culasse 50 pour finir en face de la face d’admission 70 latérale de la culasse.

Selon la , la section de passage de l’extrémité d’entrée 21 des gaz dans la zone d’échange 20 de l’échangeur 11 est sensiblement égale à la section de passage de sortie 22 desdits gaz. Ainsi on diminue les perturbations dans l’écoulement des gaz au travers de l’échangeur.

De manière préférentielle la section de passage des conduits tubulaires 16 est constante depuis l’extrémité amont 21 de la zone d’échange 20 jusqu’à l’extrémité aval 22 pour faciliter la fabrication dudit échangeur 11.

Les conduits tubulaires 16 peuvent cependant présenter des formes adaptées (non représentées) pour faciliter l’entrée des gaz et leur sortie. Ainsi les conduits peuvent comporter une forme convergente sensiblement conique à l’extrémité amont d’entrée du conduit tubulaire débouchant dans l’extrémité amont d’entrée 21 de la zone d’échange 20. On peut ainsi avoir une accélération des gaz dans lesdits conduits pour améliorer les échanges thermiques. Également les conduits tubulaires 16 peuvent présenter une forme divergente sensiblement conique à l’extrémité de sortie desdits conduits tubulaires débouchant dans l’extrémité aval 22 de sortie des gaz de la zone d’échange 20. Les vitesses des gaz en sortie sont alors réduites pour améliorer le mélange des gaz avant l’admission dans les conduits d’admission de la culasse.

La zone d’échange 20 débouche en aval dans un diffuseur aval 23 conformé pour être connecté de manière optimale à l’admission du moteur, notamment vers les conduits d’admission de la culasse.

Ledit diffuseur aval 23 peut former un plénum d’admission pour les gaz vers des conduits d’admission définis dans la culasse ou coopérer avec une cavité creusée dans la face d’admission de la culasse pour former ledit plénum.

Selon l’invention, le carter d’échangeur 18 avec les embouts 19a, 19b, les conduits tubulaires 16 de passage de la zone d’échange sont formés d’une seule pièce.

Ainsi l’obtention de l’échangeur 11 est simplifié.

Selon un autre mode de réalisation, le carter d’échangeur 18 avec les embouts 19a,19b, les conduits tubulaires 16 de passage de la zone d’échange ainsi que le diffuseur aval 23 sont formés d’une seule pièce

De manière avantageuse, le carter d’échangeur 18, les tubes d’échange 16 de la zone d’échange 20 et le diffuseur aval 23, c’est-à-dire tous les éléments constituant l’échangeur 11 sont formés d’une seule pièce pour simplifier la fabrication de l’échangeur et réduire les opérations de montage desdits éléments.

Selon l’invention, l’échangeur est issu de fabrication additive, c’est-à-dire tous les éléments constituant ledit échangeur à savoir le conduit d’amenée, le carter d’échangeur, les tubes d’échange de la zone d’échange et le diffuseur aval, sont issus de fabrication additive. Ainsi à partir d’une numérisation de tous les éléments constitutifs de l’échangeur ainsi que de leur position finale dans ledit échangeur, on peut obtenir facilement un échangeur pour un moteur qui optimise les échanges de chaleur.

Pour réduire le poids des éléments du moteur, l’échangeur est issu de matière métallique et/ou plastique. Les éléments constituant ledit échangeur sont issu de matière métallique, notamment d’alliage d’aluminium, ou de matière plastique afin de contenir le poids de l’échangeur tout en assurant une rigidité suffisante pour le maintien dudit échangeur contre la culasse du moteur.

L’objectif est atteint : le système d’admission comprenant un échangeur selon l’invention permet de réduire de façon sensible l’encombrement total du moteur avec le dit échangeur tout en contrôlant le poids de l’ensemble.

L’invention n’est cependant pas réduite aux modes de réalisation présentés. Par exemple le diffuseur aval partie de l’échangeur permet d’accroitre la longueur des conduits tubulaires d’échange qui peuvent présenter une extrémité aval conique pour améliorer la diffusion et le mélange des gaz en entrée dans les conduits d’admission de la culasse. Ainsi l’échange de chaleur peut être amélioré, notamment par l’augmentation des surfaces d’échange de chaleur, ainsi que le mélange des gaz.

Claims

Système d’admission (10) de gaz ou d’air prélevés depuis une sortie de gaz chauffés d’un élément du moteur et comportant un échangeur de chaleur (11) de type eau-air pour un moteur thermique de véhicule automobile qui comporte une culasse (50) montée sur un carter-cylindres (60) dans lequel sont agencés des cylindres qui s’étendent selon des axes parallèles, comprenant une zone d’échange de chaleur (20) définie entre une extrémité amont d’entrée (21) des gaz et une extrémité de sortie (22) des gaz en vis-à-vis de la face d’admission (70) de la culasse dudit moteur,
Caractérisé en ce que ladite zone d’échange (20) comporte une courbure selon un axe de courbure (X’) orthogonal à l’axe d’écoulement des gaz.
Système d’admission (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’angle de courbure (24) est supérieur à 60°.
Système d’admission (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone d’échange (20) entoure partiellement la culasse (50).
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que l’extrémité d’entrée (21) des gaz de la zone d’échange (20) est tournée vers le moteur.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la zone d’échange (20) comprend des tubes de passage (16) des gaz s’étendant parallèlement deux-à-deux, présentant un écartement constant entre lesdits tubes et baignant dans une chambre de refroidissement (17).
Système d’admission (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’axe des tubes de passage (16) des gaz présente une courbure autour de l’axe de courbure (X’) parallèle à l’axe longitudinal (X) du moteur.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la zone d’échange (20) est comprise dans un carter d’échangeur (18) qui présente une courbure autour de l’axe de courbure (X’) longitudinal et parallèle à l’axe longitudinal (X) du moteur.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 5 à 7, caractérisé en ce que la section de passage de l’extrémité amont d’entrée (21) des gaz dans la zone d’échange (20) de l’échangeur (11) est sensiblement égale à la section de passage de sortie (22) desdits gaz.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 5 à 8, caractérisé en ce que la section de passage de chaque tube de passage (16) est constante depuis l’extrémité amont d’entrée (21) à l’extrémité aval de sortie (22) de la zone d’échange (20).
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 5 à 9, caractérisé en ce que l’échangeur (11) comprend un diffuseur aval (23) connecté en aval de la zone d’échange (20).
Système d’admission (10) selon la revendication précédente 10, caractérisé en ce que ledit diffuseur aval (23) forme un plénum d’admission pour les gaz vers des conduits d’admission définis dans la culasse (50).
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que l’extrémité amont de chaque tube de passage (16) comprend un convergent.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que l’extrémité aval de chaque tube de passage (16) comprend un divergent.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que ledit échangeur comprend un diffuseur amont (13) connecté avec l’extrémité amont (21) de la zone d’échange (20).
Système d’admission (10) selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diffuseur amont (13) est connecté avec un conduit d’amenée des gaz (30).
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que le carter d’échangeur (18), les tubes de passage (16) de la zone d’échange (20) sont formés d’une seule pièce.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 16 en combinaison avec la revendication 10, caractérisé en ce que le carter d’échangeur (18), les tubes de passage (16) de la zone d’échange (20) et le diffuseur aval (23) sont formés d’une seule pièce.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 1 à 17, caractérisé en ce que l’échangeur (11) est issu de fabrication additive.
Système d’admission (10) selon l’une quelconque des revendication 1 à 18, caractérisé en ce que l’échangeur (11) est issu de matière métallique et/ou plastique.
Moteur thermique de véhicule automobile comprenant un système d’admission selon l’une quelconque des revendications 1 à 19.
Véhicule automobile comprenant un moteur selon la revendication 20.