FR3042031A1

FR3042031A1 - " echangeur thermique pour le refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur, notamment de vehicule automobile "

Info

Publication number: FR3042031A1
Application number: FR1559397A
Authority: FR
Inventors: Williams Martin; Ludovic Masset
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-07
Anticipated expiration: 2035-10-02
Also published as: FR3042031B1

Abstract

L'invention concerne un échangeur (10) thermique pour le refroidissement de l'air de suralimentation d'un moteur, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur (10) thermique comportant au moins un faisceau (12) de tubes (14) reliant au moins une boîte (16) d'entrée à une boîte (18) de sortie de l'air de suralimentation, chacun des tubes (14) du faisceau (12) étant séparé par une ouverture (20) de passage d'un flux (F) d'air extérieur, dans lequel des moyens (26) d'obturation sont commandés sélectivement en déplacement par des moyens (28) d'actionnement associés respectivement entre au moins : - une position d'ouverture dans laquelle lesdits moyens (26) d'obturation autorisent la circulation de l'air extérieur à travers lesdites ouvertures (20) de passage pour refroidir ledit air de suralimentation, et - une position de fermeture dans laquelle lesdits moyens (26) d'obturation bloquent la circulation de l'air extérieur à travers lesdites ouvertures (20) de passage, caractérisé en ce que lesdits moyens (28) d'actionnement sont portés au moins en partie par l'une desdites boîtes (16) d'entrée et de sortie (18) de l'air de suralimentation.

Description

« Echangeur thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur, notamment de véhicule automobile » L’invention concerne un échangeur thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur, notamment de véhicule automobile. L’invention concerne plus particulièrement un échangeur thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur thermique comportant au moins un faisceau de tubes reliant au moins une boîte d’entrée à une boîte de sortie de l’air de suralimentation, chacun des tubes du faisceau étant séparé par une ouverture de passage d’un flux d’air extérieur, dans lequel des moyens d’obturation sont commandés sélectivement en déplacement par des moyens d’actionnement associés respectivement entre au moins : - une position d’ouverture dans laquelle lesdits moyens d’obturation autorisent la circulation de l’air extérieur à travers lesdites ouvertures de passage pour refroidir ledit air de suralimentation, et - une position de fermeture dans laquelle lesdits moyens d’obturation bloquent la circulation de l’air extérieur à travers lesdites ouvertures de passage.

On connaît de l’état de la technique des exemples d’échangeur thermique de type air-air qui sont notamment, mais non exclusivement, utilisés dans le domaine de l’automobile pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur à combustion interne.

Dans un moteur à combustion interne suralimenté par au moins un turbocompresseur, le turbocompresseur permet d’accroître la puissance et le couple obtenu mais présente l’inconvénient d’augmenter la température de l’air d’admission, dégradant alors au final le rendement du moteur. C’est la raison pour laquelle, des échangeurs encore appelés « RAS >> pour « Refroidisseur d’Air de Suralimentation » sont couramment utilisés pour abaisser la température des gaz d’admission et supprimer les effets négatifs du turbocompresseur.

De plus, l’utilisation d’un tel échangeur permet d’augmenter encore la puissance du moteur, par comparaison à un moteur atmosphérique (dépourvu de turbocompresseur) comme par rapport à un moteur turbocompressé sans échangeur. L’air de suralimentation est conventionnellement refroidi par un échangeur thermique de type air-air (ou « intercooler »), en variante l’échangeur peut également être de type air-eau.

On recherche en permanence à améliorer les performances des moteurs et cela quelles que soient les conditions d’utilisation du véhicule équipé dudit moteur.

Dans des conditions d’utilisation hivernale pour lesquelles les températures de l’air extérieur sont négatives ou proches de 0°C (zéro degrés Celsius), les besoins de refroidissement de l’air de suralimentation sont généralement moindres et surtout on souhaite alors pouvoir limiter le phénomène de condensation survenant dans l’échangeur.

Le document FR-2.699.870 décrit un exemple d’un tel échangeur (ou radiateur de refroidissement) pour véhicule automobile comportant des moyens d’obturation formés par une multiplicité de volets destinés à réguler la circulation du flux d’air extérieur de refroidissement.

Les volets sont montés pivotants sur un cadre support et agencés en déport à l’avant de l’échangeur de sorte que l’ensemble présente un encombrement particulièrement important selon la direction de circulation de l’air extérieur de refroidissement à travers les ouvertures de l’échangeur. L’encombrement total d’un tel échangeur est pénalisant particulièrement dans un contexte actuel où une compacité accrue du moteur et des autres organes associés est recherchée. En effet, l’espace disponible dans le compartiment moteur d’un véhicule est devenu de plus en plus réduit avec les évolutions techniques.

Le but de la présente invention est notamment de résoudre au moins une partie des inconvénients de l’art antérieur et de proposer un échangeur thermique compact comportant des moyens d’obturation de conception simple, économique et fiable permettant de réguler avec précision le flux d’air extérieur de refroidissement.

Dans ce but, l’invention propose un échangeur thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que lesdits moyens d’actionnement sont portés au moins en partie par l’une desdites boîtes d’entrée et de sortie de l’air de suralimentation.

Avantageusement, l’invention propose d’utiliser des moyens d’obturation perfectionnés pour pouvoir réguler sélectivement le passage du flux d’air extérieur à travers l’échangeur thermique de type air-air afin notamment de limiter le phénomène de condensation dans certaines conditions d’utilisation telles que celles précitées.

Avantageusement, le volet selon l’invention est entièrement intégré à l’échangeur permettant de préserver la compacité selon la direction de circulation du flux d’air extérieur de refroidissement.

Avantageusement, les moyens d’actionnement du volet sont portés par l’une des boîtes à air de suralimentation de l’échangeur.

Les moyens d’actionnement du volet sont ainsi déportés latéralement sur l’une des boîtes, telle que la boîte de sortie, pour laisser libre le dessus de l’échangeur qui peut dès lors être superposé avec un autre organe tel qu’un radiateur de refroidissement du moteur.

Avantageusement, les moyens d’obturation perfectionnés selon l’invention peuvent être montés sur un échangeur existant sans nécessiter de modifications complexes et pourraient être commercialisés sous forme de kit adaptable.

Avantageusement, les moyens d’actionnement comportant le moteur électrique entraînant la roue dont la denture coopère avec la crémaillère solidaire du volet, sont particulièrement compact, en particulier selon la direction de circulation du flux d’air extérieur de refroidissement tout en permettant de réaliser une régulation précise, pas à pas, par la commande en coulissement du volet parallèlement à la face frontale de l’échangeur.

Avantageusement, la course maximale entre les positions extrêmes d’ouverture et de fermeture est réduite, par exemple de l’ordre de 8 à 10 mm, de sorte que les moyens d’actionnement doivent être précis pour réguler de manière optimale le flux d’air extérieur de refroidissement.

Selon d’autres caractéristiques de l’invention : - lesdits moyens d’obturation comportent au moins un volet à claires-voies formé par une alternance de lames (30) et de jours, ledit volet étant monté coulissant suivant un plan principal de l’échangeur orthogonal audit flux d’air extérieur et étant déplacé entre lesdites positions d’ouverture et de fermeture par lesdits moyens d’actionnement ; - l’échangeur comporte deux rails de guidage qui, respectivement agencés de part et d’autre du faisceau, reçoivent chacun l’un des deux montants du volet reliant lesdites lames entre elles à leurs extrémités ; - l’un des montants comporte une crémaillère destinée à coopérer avec des moyens d’engrènement complémentaires que comportent les moyens d’actionnement du volet ; lesdits moyens d’engrènement complémentaires comportent au moins une roue munie d’une denture externe qui coopère avec ladite une crémaillère pour provoquer le coulissement du volet vers au moins l’une ou l’autre desdites positions d’ouverture et de fermeture ; - lesdits moyens d’engrènement complémentaires sont déplacés sélectivement par des moyens d’entraînement associés que comportent les moyens d’actionnement du volet ; - les moyens d’entraînement associés comportent au moins un moteur électrique ; - le volet est susceptible d’occuper au moins une position intermédiaire entre lesdites positions d’ouverture et de fermeture ; - le volet est monté du côté d’une face frontale de l’échangeur par laquelle le flux d’air extérieur pénètre en vue de traverser lesdites ouvertures de passage de l’échangeur ; - le volet coulissant est plat et présente une faible épaisseur grâce à quoi l’échangeur présente une compacité globale, notamment selon la direction de circulation du flux d’air extérieur ; - les moyens d’actionnement du volet sont pilotés en fonction de paramètre(s) de fonctionnement comportant au moins la température de l’air extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective qui représente un exemple de réalisation d’un échangeur selon l’invention et qui illustre, en éclaté, le volet à claires-voies formant les moyens mobile d’obturation qui est intégré à l’échangeur pour réguler la circulation de l’air extérieur de refroidissement dans les ouvertures de passage situées entre les tubes du faisceau ; - la figure 2 est une vue de face qui représente l’échangeur selon la figure 1 sur lequel est monté le volet et les moyens d’actionnement associés et qui illustre ledit volet en position d’ouverture, ici totale ; - la figure 3 est une vue en coupe qui représente l’échangeur suivant le plan de coupe lll-lll indiqué sur la figure 2 et qui illustre par des flèches la circulation de l’air extérieur de refroidissement entre les tubes du faisceau, à travers lesdites ouvertures de passage ; - la figure 4 est une vue de face qui représente l’échangeur selon la figure 1 sur lequel est monté le volet et les moyens d’actionnement associés et qui illustre ledit volet en position de fermeture ; - la figure 5 est une vue en coupe qui représente l’échangeur suivant le plan de coupe V-V indiqué sur la figure 4 et qui illustre par des flèches l’interruption, ici totale, de la circulation de l’air extérieur de refroidissement ; - la figure 6 est une vue schématique qui représente en détail les moyens d’actionnement du volet pour en commander le coulissement et qui illustre lesdits moyens d’actionnement comportant, selon l’exemple de réalisation, un moteur électrique pour entraîner en rotation une roue dentée qui coopère par engrènement avec une crémaillère solidaire d’un des montants du volet.

Dans la suite de la description, on utilisera par convention et de manière non limitative, les orientations « longitudinale », « verticale » et « transversale » en référence au trièdre (L, V, T) représenté sur les figures et les termes « avant » et « arrière » par rapport à l’orientation longitudinale qui correspond à la direction de circulation de l’air extérieur de refroidissement, les termes « gauche » et « droite » par rapport à l’orientation transversale et les termes « supérieur » et « inférieure » par rapport à l’orientation verticale.

On a représenté sur la figure 1, un échangeur 10 thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur, notamment de véhicule automobile. L’échangeur 10 thermique comporte au moins un faisceau 12 de tubes 14 reliant au moins une boîte 16 d’entrée à une boîte 18 de sortie de l’air de suralimentation. L’air de suralimentation à refroidir circule, depuis la boîte 16 d’entrée jusqu’à la boîte 18 de sortie, à travers les tubes 14 du faisceau 12 qui s’étendent horizontalement, de la droite vers la gauche selon la direction transversale du trièdre (L, V, T).

On a représenté sur la figure 1 par des flèches, l’air de suralimentation entrant dans la boîte 16 et ressortant par la boîte 18 de l’échangeur 1 0.

Chaque tube 14 du faisceau 12 est séparé du tube suivant par une ouverture 20 destinée au passage d’un flux F d’air extérieur représenté schématiquement par une flèche, l’air extérieur circulant par convention selon la direction longitudinale du trièdre (L, V, T), de l’avant vers l’arrière. L’échangeur 10 comporte, longitudinalement à l’avant, une face 22 verticale, dite frontale, sur laquelle alterne tour à tour un tube 14 et une ouverture 20 de passage tel qu’illustré sur la figure 1.

De préférence, les ouvertures 20 sont pourvues d’ailettes 24 formant des intercalaires entre les tubes 14 du faisceau et destinées à favoriser le transfert thermique entre l’air de suralimentation, d’une part, et l’air extérieur de refroidissement, d’autre part.

Avantageusement, l’échangeur 10 comporte des moyens 26 d’obturation qui sont commandés sélectivement en déplacement par des moyens 28 d’actionnement pour réguler la circulation d’air extérieur de refroidissement à travers lesdites ouvertures 20 de passage ménagées entre les tubes 14 du faisceau 12.

Selon l’invention les moyens 26 d’obturation comportent au moins un volet à claires-voies représenté en éclaté sur la figure 1, longitudinalement en avant de l’échangeur 10.

Le volet à claires-voies, c’est-à-dire ajouré, est formé par une alternance de lames 30 et de jours 32, lesdites lames 30 et jours 32 alternant tour à tour à l’instar des tubes 14 et des ouvertures 20 de passage.

Le volet est monté mobile entre au moins deux positions extrêmes, respectivement une position d’ouverture et une position de fermeture.

La position d’ouverture du volet correspond à une position dans laquelle lesdits moyens d’obturation autorisent la circulation de l’air extérieur à travers lesdites ouvertures 20 de passage pour refroidir ledit air de suralimentation.

En position d’ouverture du volet illustrée par les figures 2 et 3, les jours 32 sont agencés verticalement pour se trouver en coïncidence avec lesdites ouvertures 20 tandis que les lames 30 sont positionnées devant les tubes 14 du faisceau 12.

La position de fermeture du volet correspond à une position dans laquelle lesdits moyens d’obturation bloquent la circulation de l’air extérieur de refroidissement à travers lesdites ouvertures 20 de passage.

En position de fermeture du volet illustrée par les figures 4 et 5, les lames 30 sont positionnées verticalement devant lesdites ouvertures 20 tandis que les jours 32, décalés verticalement vers le haut (ou vers le bas) sont eux en coïncidence avec les tubes 14 du faisceau 12.

Le volet est monté coulissant selon la direction verticale, soit suivant un plan orthogonal audit flux F d’air extérieur. Le volet est déplacé en translation entre au moins lesdites positions extrêmes d’ouverture et de fermeture par les moyens 28 d’actionnement.

Avantageusement, les moyens 28 d’actionnement sont portés au moins en partie par l’une 18 desdites boîtes 16 d’entrée et 18 de sortie de l’air de suralimentation.

Tel qu’illustré sur la figure 1, l’échangeur 10 comporte deux rails 34, 36 de guidage, respectivement un rail 34 droite et un rail 36 gauche, qui s’étendent verticalement et sont agencés transversalement de part et d’autre du faisceau 12.

Le volet comporte au moins deux montants, respectivement un montant 38 droit et un montant 40 gauche, qui s’étendent verticalement et qui relient entre elles lesdites lames 30, à chacune de leurs extrémités transversales.

Les rails 34 et 36 de guidage reçoivent respectivement chacun l’un des deux montants 38, 40 du volet lorsque ledit volet est monté en position de fonctionnement tel qu’illustré notamment sur les figures 2 et 4.

Dans l’exemple de réalisation, l’un 40 desdits montants 38, 40 comporte une crémaillère 42 qui est destinée à coopérer avec des moyens 44 d’engrènement complémentaires que comportent les moyens 28 d’actionnement du volet.

De préférence et tel qu’illustré schématiquement sur la figure 6, lesdits moyens 44 d’engrènement complémentaires comportent au moins une roue 46 munie d’une denture 48 externe qui coopère avec ladite crémaillère 42 pour provoquer le coulissement du volet vers au moins l’une ou l’autre desdites positions d’ouverture et de fermeture.

De préférence, la denture 48 est agencée sur une partie seulement de la circonférence de la roue 46 et forme un secteur dentelé en prise avec les crans de la crémaillère 42.

Les moyens 44 d’engrènement complémentaires sont déplacés sélectivement par des moyens 50 d’entraînement associés que comportent les moyens 28 d’actionnement du volet.

Avantageusement, les moyens 50 d’entraînement associés comportent au moins un moteur électrique.

Le moteur 50 électrique entraîne en rotation la roue 46 dont la denture 48 engrenant avec la crémaillère 42 provoque le coulissement vertical du volet par rapport aux rails 34, 36 de guidage, plus généralement à l’échangeur 30.

Le coulissement du volet se traduit donc par un déplacement relatif des lames 30 par rapport aux tubes 14 du faisceau 12 et aux ouvertures 22 de passage intercalées.

Avantageusement, le volet est susceptible d’occuper au moins une position intermédiaire entre lesdites positions extrêmes d’ouverture et de fermeture.

Grâce à ladite au moins une position intermédiaire (non représentée), les lames 30 peuvent venir n’obturer que partiellement lesdites ouvertures 22 de passage de l’air extérieur permettant alors de faire varier le flux F d’air extérieur et donc le refroidissement de l’air de suralimentation.

Avantageusement, les moyens 28 d’actionnement décrit précédemment et illustré par la figure 6 permettent avec la liaison par engrènement d’obtenir un positionnement précis du volet, celui-ci pouvant s’effectuer par exemple cran par cran.

De préférence, le volet est monté du côté de la face 22 frontale, c’est-à-dire celle des faces de l’échangeur par laquelle le flux F d’air extérieur arrive en vue de traverser les ouvertures 22 de passage de l’échangeur 10 lorsqu’un refroidissement de l’air de suralimentation est souhaité.

Avantageusement, le volet coulissant est globalement plat et présente notamment une faible épaisseur selon la direction longitudinale grâce à quoi l’échangeur 10 équipé d’un tel volet présente une compacité préservée par rapport à l’état de la technique.

Les dimensions des lames 30 et des jours 32 du volet sont respectivement déterminées en fonction de celles des tubes 14 du faisceau 12 et des ouvertures 22 pour fermer ou ouvrir totalement, voire partiellement, la circulation de l’air extérieur à travers l’échangeur 10.

Avantageusement, les moyens 28 d’actionnement du volet sont pilotés en fonction de paramètre(s) de fonctionnement comportant au moins la température de l’air extérieur.

Lorsque la température de l’air extérieur est négative ou proche de 0°C, le volet est avantageusement commandé vers ladite position de fermeture (ou une position intermédiaire) pour réduire ou interdire la circulation du flux F d’air à travers l’échangeur 10 de manière à prévenir à tout le moins la formation de condensation dans l’échangeur 10.

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur (10) thermique pour le refroidissement de l’air de suralimentation d’un moteur, notamment de véhicule automobile, ledit échangeur (10) thermique comportant au moins un faisceau (12) de tubes (14) reliant au moins une boîte (16) d’entrée à une boîte (18) de sortie de l’air de suralimentation, chacun des tubes (14) du faisceau (12) étant séparé par une ouverture (20) de passage d’un flux (F) d’air extérieur, dans lequel des moyens (26) d’obturation sont commandés sélectivement en déplacement par des moyens (28) d’actionnement associés respectivement entre au moins : - une position d’ouverture dans laquelle lesdits moyens (26) d’obturation autorisent la circulation de l’air extérieur à travers lesdites ouvertures (20) de passage pour refroidir ledit air de suralimentation, et - une position de fermeture dans laquelle lesdits moyens (26) d’obturation bloquent la circulation de l’air extérieur à travers lesdites ouvertures (20) de passage, caractérisé en ce que lesdits moyens (28) d’actionnement sont portés au moins en partie par l’une desdites boîtes (16) d’entrée et de sortie (18) de l’air de suralimentation.
2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (26) d’obturation comportent au moins un volet à claires-voies formé par une alternance de lames (30) et de jours (32), ledit volet étant monté coulissant suivant un plan principal de l’échangeur (10) orthogonal audit flux (F) d’air extérieur et étant déplacé entre lesdites positions d’ouverture et de fermeture par lesdits moyens (28) d’actionnement.
3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit échangeur comporte deux rails (34, 36) de guidage qui, respectivement agencés de part et d’autre du faisceau (12), reçoivent chacun un des montants (38, 40) du volet reliant lesdites lames (30) entre elles à leurs extrémités.
4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’au moins l’un (40) des montants (38, 40) comporte une crémaillère (42) destinée à coopérer avec des moyens (44) d’engrènement complémentaires que comportent les moyens (28) d’actionnement du volet.
5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (44) d’engrènement complémentaires comportent au moins une roue (46) munie d’une denture (48) externe qui coopère avec la crémaillère (42) pour provoquer le coulissement du volet (26) vers au moins l’une ou l’autre desdites positions d’ouverture et de fermeture.
6. Echangeur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (44) d’engrènement complémentaires sont déplacés sélectivement par des moyens (50) d’entraînement associés que comportent les moyens (28) d’actionnement du volet.
7. Echangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (50) d’entraînement associés comportent au moins un moteur électrique.
8. Echangeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le volet est susceptible d’occuper au moins une position intermédiaire entre lesdites positions d’ouverture et de fermeture.
9. Echangeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le volet coulissant est plat et présente une faible épaisseur grâce à quoi l’échangeur (10) présente une compacité globale, notamment selon la direction de circulation du flux (F) d’air extérieur.
10. Echangeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens (28) d’actionnement du volet (26) sont pilotés en fonction de paramètre(s) de fonctionnement comportant au moins la température de l’air extérieur.