FR3130885A1 - élément de moteur logeant un échangeur de chaleur - Google Patents

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Abstract

Elément de moteur logeant un échangeur de chaleur Elément de moteur à combustion interne, l’élément de moteur (18) comportant un carter monolithique intégrant une structure rigide (24) et un échangeur de chaleur (32) pour le transfert thermique de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

élément de moteur logeant un échangeur de chaleur
La présente invention concerne un élément de moteur à combustion interne d’un véhicule automobile. Elle concerne aussi un moteur à combustion interne comportant un tel élément.
Il est bien connu qu’un moteur à combustion interne de véhicule automobile comporte des carters, par exemple un carter huile, une semelle ou un carter cylindres, pour protéger des organes qui le composent, par exemple un vilebrequin ou une bielle.
Par ailleurs, classiquement, un groupe motopropulseur d’un véhicule comporte plusieurs accessoires, par exemple un filtre à huile ou un échangeur de chaleur, qui sont disposés hors du moteur. En particulier, de tels échangeurs de chaleur peuvent être montés sur un carter du moteur, au plus près des organes chauds afin d’assurer un fonctionnement optimal du moteur. Ils ont pour fonction d’éviter un échauffement excessif des fluides circulant dans et autour du moteur afin d’optimiser le rendement de combustion.
Par exemple, comme illustré sur la , il est connu de rapporter un échangeur de chaleur eau/huile 2 sur un carter d’un moteur 4, par exemple sur le carter d’huile 6 ou sur le carter chapeau de paliers, afin de refroidir l'huile du circuit de refroidissement du moteur. Dans une telle configuration, comme illustré sur la , la paroi du carter sépare l’échangeur de chaleur de l’intérieur du moteur.
Le montage d’un échangeur de chaleur sur un carter du moteur nécessite des moyens de fixation audit carter qui peuvent entrainer un accroissement de l’encombrement du groupe motopropulseur. Il peut notamment être nécessaire de renforcer localement le carter par ajout de matière pour assurer sa liaison avec l’échangeur de chaleur et/prévoir la pose d’un joint d’étanchéité. Cependant le dimensionnement d’un tel mode de fixation induit des contraintes de dilatation thermique et de rigidité qui, une fois prises en compte, peuvent augmenter significativement la masse du groupe motopropulseur.
L’encombrement de l’ensemble formé par un carter du moteur et l’échangeur de chaleur peut être important et va à l’encontre du besoin de réduction du volume du compartiment moteur dans lequel est disposé le groupe motopropulseur.
Afin de réduire l’encombrement du groupe motopropulseur, l’invention concerne un élément de moteur à combustion interne, l’élément de moteur comportant un carter monolithique intégrant une structure rigide et un échangeur de chaleur pour le transfert thermique de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide.
Le carter monolithique intègre l’échangeur de chaleur, ce qui réduit avantageusement l’encombrement d’un groupe motopropulseur comportant un tel élément de moteur. En outre, il participe avantageusement à la rigidité globale de l’élément de moteur.
De plus, ladite intégration permet de s’affranchir de moyens de fixation de l’échangeur de chaleur sur le carter. On évite ainsi d’augmenter la masse du moteur et le montage du moteur est facilité.
L’invention concerne aussi un moteur à combustion interne comportant l’élément de moteur selon l’invention.
Le carter monolithique est tel que l’échangeur de chaleur et la structure rigide viennent de matière dans une même opération de fabrication.
Le carter monolithique est de préférence produit par fabrication additive. Par exemple, il est obtenu par un procédé de fusion laser sur lit de poudre, dénommé procédé L-PBF, acronyme anglais de « Laser Powder Bed Fusion »), en particulier un procédé de fusion laser sélective sur lit de poudre (dénommé aussi procédé SLM, acronyme anglais de « Selective Laser Melting » ou par un procédé dit de « dépôt arc-fil », connu en sous l’abréviation WAAM (« Wire Arc Additive Manufacturing »). Un procédé de dépôt arc-fil peut comporter la génération d’un arc électrique pour fondre un fil comportant un matériau métallique et le dépôt en passe successives du fil en fusion pour former le carter monolithique. La production du carter par un procédé de fusion laser sélective sur lit de poudre peut comporter la répétition du dépôt d’une couche de particules et la fusion sélective de ladite couche au moyen d’un faisceau laser, sous une atmosphère contrôlée.
De préférence, l’élément de moteur comporte une paroi de protection qui ménage un logement dans lequel l’échangeur de chaleur et/ou, de préférence et, la structure rigide sont reçus. L’encombrement est ainsi réduit. En outre, l’échangeur de chaleur et/ou la structure rigide sont ainsi protégés par la paroi de protection.
L’élément de moteur peut être choisi dans le groupe constitué par un carter chapeau de paliers, une semelle de fixation d’un carter d’huile, un carter d’huile, un carter cylindres et une culasse. Dans un mode de réalisation, dont un exemple sera illustré par la suite, l’élément de moteur est un carter chapeau de paliers.
L’échangeur de chaleur et/ou la structure rigide peuvent être intégralement reçus dans la paroi de protection.
De préférence, au moins une partie de la paroi de protection s’étend verticalement et ceinture l’échangeur de chaleur et/ou la structure rigide. La rigidité de la paroi de protection peut ainsi être indépendante de la rigidité de la structure ou de la rigidité de l’échangeur.
De préférence, le carter monolithique comporte en outre la paroi de protection. Autrement dit, la paroi de protection, l’échangeur de chaleur et la structure rigide viennent de matière dans une même opération de fabrication. Notamment, l’élément de moteur peut être monolithique.
L’échangeur de chaleur peut être une partie de la paroi de protection. Par exemple, une face de l’échangeur forme une partie de la paroi de protection.
L’échangeur de chaleur peut présenter une forme générale prismatique. Une telle forme n’est cependant pas limitative.
L’échangeur de chaleur peut s’étendre selon un axe rectiligne ou curviligne, par exemple afin d’épouser la forme de la paroi de protection. Il est ainsi possible d’optimiser la forme de l’échangeur de chaleur pour réduire encore l’encombrement. En particulier, l’échangeur de chaleur et la paroi de protection peuvent être de formes complémentaires.
L’échangeur de chaleur est de préférence un échangeur de chaleur eau/huile. Le premier fluide est de préférence une huile de lubrification pour moteur. Un échangeur « A/B » est un échangeur configuré pour échanger de la chaleur en le fluide A et le fluide B.
De préférence, l’échangeur eau/huile est logé dans la partie inférieure de l’élément de moteur, afin d’être au plus près de la source d’huile de lubrification contenue dans le carter d’huile.
Le moteur peut comporter une pompe de fluide, logée dans l’élément de moteur, et qui est en communication fluidique directe avec l’échangeur de chaleur, afin d’optimiser le parcours d’un fluide circulant entre la pompe et l’échangeur de chaleur. La pompe de fluide est de préférence configurée pour amener de l’huile, vers l’échangeur de chaleur. La pompe de fluide peut être fixée sur le carter monolithique.
Un conduit d’amenée de fluide vers l’échangeur de chaleur peut être ménagé dans l’élément de moteur.
De préférence, le conduit d’amenée de fluide est ménagé dans la paroi de protection pour transférer le fluide entre la pompe de fluide et l’échangeur de chaleur. Il est ainsi possible de s’affranchir de moyens de connexions, par exemple de durites, pour relier la pompe à l’échangeur de chaleur.
Selon un mode de réalisation, la sortie de la pompe de fluide est directement connectée à l’entrée de l’échangeur de chaleur pour le fluide et peut être alignée avec ladite entrée de l’échangeur de chaleur.
La structure rigide participe à la rigidité de l’élément de moteur.
Au moins une partie de la structure rigide peut être formée par un treillis afin de rigidifier l’élément de moteur à moindre masse.
Au moins une partie de la structure rigide peut former une partie de la paroi de protection. La structure rigide participe ainsi à rigidifier la paroi de protection.
De préférence, l’échangeur de chaleur comporte un corps, un canal de circulation du premier fluide et un canal de circulation du deuxième fluide ménagés dans le corps et qui sont séparés par une cloison. De préférence, les canaux de circulation du premier fluide et les canaux de circulation du deuxième fluide s’étendent selon des axes d’extension parallèles.
De préférence, le corps est en un matériau métallique, par exemple choisi parmi un alliage d’aluminium, un acier inoxydable ou un alliage à base de nickel.
L’échangeur de chaleur peut s’étendre selon un axe parallèle à l’axe du canal de circulation du premier fluide et/ou à l’axe du canal de circulation du deuxième fluide.
Le canal de circulation du premier fluide ou le canal de circulation du deuxième fluide sont de préférence sensiblement tubulaires.
De préférence, le canal de circulation du premier fluide et/ou le canal de circulation du deuxième fluide ondulent le long de leurs axes d’extension respectifs, afin de favoriser les échanges thermiques.
L’ondulation du canal de circulation du premier fluide et/ou du canal de circulation du deuxième fluide est particulièrement avantageuse lorsque l’un des premier fluide ou deuxième fluide est une huile de lubrification pour moteur. Une telle huile présentant généralement une viscosité élevée, l’ondulation augmente sensiblement le coefficient d’échange thermique avec la cloison par rapport à un canal de circulation aux parois rectilignes.
Le canal de circulation du premier fluide et/ou le canal de circulation du deuxième fluide peuvent comporter un turbulateur pour favoriser la formation d’un écoulement turbulent du premier fluide, respectivement du deuxième fluide. L’échange de chaleur est favorisé entre les premier fluide et deuxième fluide. Le turbulateur peut être du type à ailettes décalées, aussi dénommé turbulateur OSF. Il peut comporter des cloisons qui s’étendent selon l’axe du canal de circulation correspondant, afin de diviser le flux de fluide.
L’ondulation du canal de circulation du premier fluide et/ou l’ondulation du canal de circulation du deuxième fluide sont de préférence reproduites selon leurs axes d’extension respectifs, afin de multiplier les zones d’échange thermique.
Le canal de circulation du premier fluide et le canal de circulation du deuxième fluide peuvent présenter des formes identiques.
Les axes d’extensions du canal de circulation du premier fluide et du canal de circulation du deuxième fluide peuvent être rectilignes ou curvilignes.
L’échangeur de chaleur peut comporter une pluralité de canaux de circulation du premier fluide et une pluralité de canaux de circulation du deuxième fluide qui s’étendent dans des plans parallèles.
Les canaux de circulation du premier fluide peuvent être répartis adjacents deux à deux selon au moins une rangée et/ou les canaux de circulation du deuxième fluide peuvent être répartis adjacents deux à deux selon au moins une rangée.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée et du dessin qui va suivre, dans lequel
représente une vue en perspective d’une portion inférieure d’un moteur à combustion interne d’essence d’un véhicule automobile de l’art antérieur,
représente une vue en perspective d’une partie d’un moteur comportant un élément de moteur selon l’invention,
représente une vue en perspective d’une partie de l’élément de moteur illustré sur la ,
illustre schématiquement une vue en perspective d’une face latérale de l’échangeur de chaleur,
représente de manière schématique une coupe normale à l’axe d’extension de l’échangeur de chaleur de l’élément de moteur illustré sur la ,
représente une vue en coupe longitudinale selon le plan de coupe AA de cet échangeur,
représente un agrandissement d’un motif élémentaire, et
est une vue représentant un exemple de turbulateur pour échangeur de chaleur.

Claims (14)

  1. Elément de moteur à combustion interne, l’élément de moteur (18) comportant un carter monolithique intégrant une structure rigide (24) et un échangeur de chaleur (32) pour le transfert thermique de chaleur entre un premier fluide et un deuxième fluide.
  2. Elément de moteur selon la revendication 1, l’élément de moteur comportant une paroi de protection (36) qui ménage un logement dans lequel l’échangeur de chaleur (32) et/ou la structure rigide (24) sont reçus.
  3. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, l’échangeur de chaleur (32) et/ou la structure rigide (24) étant reçus intégralement dans la paroi de protection.
  4. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le carter monolithique comportant en outre la paroi de protection (36).
  5. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, choisi dans le groupe constitué par un carter chapeau de paliers, une semelle de fixation d’un carter d’huile, un carter d’huile, un carter cylindres et une culasse.
  6. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’échangeur de chaleur (32) étant un échangeur de chaleur eau/huile.
  7. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moteur comportant une pompe de fluide en communication fluidique directe avec l’échangeur de chaleur, la sortie de la pompe étant de préférence directement connectée à l’entrée de l’échangeur de chaleur pour le fluide et alignée avec ladite entrée de l’échangeur de chaleur.
  8. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’échangeur de chaleur participant à la rigidité de la structure.
  9. Elément de moteur selon la revendication 7 ou 8 prise en dépendance avec la revendication 2, un conduit d’amenée de fluide étant ménagé dans la paroi de protection pour transférer le fluide entre la pompe de fluide et l’échangeur de chaleur.
  10. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’échangeur de chaleur comportant un corps (80), un canal de circulation du premier fluide (108) et un canal de circulation du deuxième fluide (112) ménagés dans le corps et qui sont séparés par une cloison (128).
  11. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le canal de circulation du premier fluide et/ou le canal de circulation du deuxième fluide ondulant le long de leurs axes d’extension respectifs.
  12. Elément de moteur selon la revendication précédente, l’ondulation du canal de circulation du premier fluide et/ou l’ondulation du canal de circulation du deuxième fluide étant reproduites selon leurs axes d’extension respectifs, afin de multiplier les zones d’échange thermique.
  13. Elément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le carter monolithique étant produit par fabrication additive.
  14. Moteur à combustion interne comportant un élément de moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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