FR3137130A1 - MOTOR VEHICLE ENGINE COOLING DEVICE - Google Patents

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Souhaib Zarrouk
Boutaina Tahri-Joutey
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    • F01P2070/50—Details mounting fans to heat-exchangers

Abstract

L'invention concerne un dispositif de refroidissement de la motorisation (M) des véhicules automobiles, ledit dispositif intégrant un circuit hydraulique comprenant, une boîte (3) de réception du liquide chaud sortant de la motorisation, un échangeur (1) de chaleur dans lequel le liquide chaud est refroidi par un flux d’air froid issu de moyens de ventilation et une pompe assurant la circulation du liquide dans le circuit, caractérisé en ce que ledit échangeur (1) de chaleur comprend un réseau de tubes (10) de faible diamètre disposés sur les parois internes d’un caisson (11) à l’intérieur duquel est monté au moins un ventilateur. (Fig. 4)The invention relates to a device for cooling the engine (M) of motor vehicles, said device integrating a hydraulic circuit comprising, a box (3) for receiving the hot liquid leaving the engine, a heat exchanger (1) in which the hot liquid is cooled by a flow of cold air coming from ventilation means and a pump ensuring the circulation of the liquid in the circuit, characterized in that said heat exchanger (1) comprises a network of tubes (10) of low diameter arranged on the internal walls of a box (11) inside which at least one fan is mounted. (Fig.4)

Description

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DU MOTEUR DES vÉhicules automobilesMOTOR VEHICLE ENGINE COOLING DEVICE

L'invention concerne, de façon générale, le domaine du refroidissement de la motorisation des véhicules automobiles et s’intéresse, plus particulièrement, à un dispositif perfectionné de refroidissement du moteur.The invention relates, in general, to the field of motor vehicle engine cooling and is concerned, more particularly, with an improved engine cooling device.

Le bon fonctionnement des moteurs de véhicules automobiles nécessite la maîtrise de leur température. La température optimale se situe, pour une motorisation thermique, entre 87°C et 120°C, pour une motorisation hybride, entre 50°C et 120°C et pour une motorisation électrique, entre 25°C et 80°C.The proper functioning of automobile engines requires controlling their temperature. The optimal temperature is, for a thermal engine, between 87°C and 120°C, for a hybrid engine, between 50°C and 120°C and for an electric engine, between 25°C and 80°C.

Les dispositifs de refroidissement traditionnels intègrent des circuits hydrauliques fonctionnant en boucle et comprenant, notamment, une pompe et un réseau de tuyaux destinés à acheminer le liquide chaud issu du moteur vers un radiateur ou un échangeur pour le débarrasser de ses calories avant de le retourner vers le moteur.Traditional cooling devices integrate hydraulic circuits operating in a loop and including, in particular, a pump and a network of pipes intended to convey the hot liquid from the engine to a radiator or an exchanger to rid it of its calories before returning it to engine.

Un tel dispositif est décrit, notamment, dans le brevet FR3087967 où il est utilisé pour le refroidissement du moteur électrique d’un véhicule automobile. Ce dispositif comprend un ventilateur et un échangeur de chaleur destiné à refroidir l'air mis en mouvement par le ventilateur de sorte que cet air vienne refroidir au moins certaines parties du moteur électrique et, notamment, le bobinage.Such a device is described, in particular, in patent FR3087967 where it is used for cooling the electric motor of a motor vehicle. This device comprises a fan and a heat exchanger intended to cool the air set in motion by the fan so that this air cools at least certain parts of the electric motor and, in particular, the winding.

Par ailleurs, le brevet EP1654466B1 décrit un système de refroidissement de fluide comprenant un ventilateur, une première pompe qui envoie un premier fluide à un échangeur de chaleur à plaques, une deuxième pompe prélevant dans un réservoir un second fluide et l’acheminant vers un échangeur de chaleur à lamelles, le premier échangeur assurant un échange calorifique entre les deux fluides tandis que le deuxième échangeur reçoit l'air du ventilateur en vue de refroidir le deuxième fluide.Furthermore, patent EP1654466B1 describes a fluid cooling system comprising a fan, a first pump which sends a first fluid to a plate heat exchanger, a second pump taking a second fluid from a reservoir and conveying it to an exchanger heat exchanger with blades, the first exchanger ensuring a heat exchange between the two fluids while the second exchanger receives air from the fan in order to cool the second fluid.

Cependant, ces dispositifs ou systèmes de refroidissement ne sont pas satisfaisants car ils comprennent des circuits hydrauliques complexes et encombrants constitués de nombreux tuyaux. En outre, du fait de leur dimensions, ces circuits contiennent un volume important de liquide de refroidissement dont la circulation nécessite une ou plusieurs pompes de forte puissance.However, these cooling devices or systems are not satisfactory because they include complex and bulky hydraulic circuits made up of numerous pipes. In addition, due to their dimensions, these circuits contain a large volume of coolant whose circulation requires one or more high-power pumps.

Dans ce contexte, l’invention a cherché une solution qui, dans son aspect le plus général, permette de résoudre les problèmes techniques posés par les dispositifs de refroidissement antérieurs en réduisant la longueur du circuit de refroidissement et, notamment, le nombre de tuyaux pour le rendre plus compact, tout en modifiant et en simplifiant sa structure.In this context, the invention sought a solution which, in its most general aspect, makes it possible to resolve the technical problems posed by previous cooling devices by reducing the length of the cooling circuit and, in particular, the number of pipes for make it more compact, while modifying and simplifying its structure.

Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un dispositif de refroidissement de la motorisation des véhicules automobiles, ledit dispositif intégrant un circuit hydraulique comprenant, une boîte de réception du liquide chaud sortant de la motorisation, un échangeur de chaleur dans lequel le liquide chaud est refroidi par un flux d’air froid issu de moyens de ventilation et une pompe assurant la circulation du liquide dans le circuit, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur comprend un réseau de tubes de faible diamètre disposés sur les parois internes d’un caisson à l’intérieur duquel est monté au moins un ventilateur.This aim is achieved, according to the invention, by means of a device for cooling the engine of motor vehicles, said device integrating a hydraulic circuit comprising, a box for receiving the hot liquid leaving the engine, a heat exchanger in which the hot liquid is cooled by a flow of cold air coming from ventilation means and a pump ensuring the circulation of the liquid in the circuit, characterized in that said heat exchanger comprises a network of small diameter tubes arranged on the walls internals of a box inside which at least one fan is mounted.

Selon une caractéristique avantageuse du dispositif de l’invention, les tubes sont disposés en rangées parallèles entre elles et perpendiculaires aux génératrices des parois internes du caisson.According to an advantageous characteristic of the device of the invention, the tubes are arranged in rows parallel to each other and perpendicular to the generators of the internal walls of the box.

Selon une autre caractéristique avantageuse, chaque tube présente une première extrémité longitudinale d’entrée du liquide communiquant avec la boîte de réception du liquide chaud et une seconde extrémité longitudinale de sortie du liquide raccordée à une conduite de retour du liquide refroidi vers la motorisation.According to another advantageous characteristic, each tube has a first longitudinal liquid inlet end communicating with the hot liquid receiving box and a second longitudinal liquid outlet end connected to a return pipe for the cooled liquid towards the motorization.

De préférence, les extrémités respectives d’entrée et de sortie du liquide de tous les tubes communiquent entre elles par des conduites périphériques.Preferably, the respective liquid inlet and outlet ends of all the tubes communicate with each other via peripheral pipes.

Selon une variante spécifique de réalisation du dispositif de l’invention, la boîte de réception du liquide chaud et la conduite de retour du liquide refroidi sont montées de façon alignée dans une même partie du caisson.According to a specific alternative embodiment of the device of the invention, the hot liquid receiving box and the cooled liquid return pipe are mounted in an aligned manner in the same part of the box.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, les moyens de ventilation comprennent quatre ventilateurs montés dans le caisson de telle sorte que le flux d’air soit dirigé contre les parois supportant les tubes.According to a preferred embodiment of the invention, the ventilation means comprise four fans mounted in the box such that the air flow is directed against the walls supporting the tubes.

Selon une autre caractéristique avantageuse, les ventilateurs sont séparés par des déflecteurs. De préférence, ces déflecteurs sont constitués de parois curvilignes entourant partiellement les ventilateurs dans la partie centrale du caisson.According to another advantageous characteristic, the fans are separated by deflectors. Preferably, these deflectors consist of curvilinear walls partially surrounding the fans in the central part of the box.

Selon une variante de réalisation, le caisson est en forme de parallélépipède et les tubes sont disposés sur ses parois latérales.According to an alternative embodiment, the box is in the shape of a parallelepiped and the tubes are arranged on its side walls.

Un autre objet de l’invention est un véhicule automobile équipé d’un dispositif présentant les caractéristiques définies ci-dessus pour le refroidissement de sa motorisation.Another object of the invention is a motor vehicle equipped with a device having the characteristics defined above for cooling its engine.

Ainsi, dans son principe, l’invention propose un perfectionnement des dispositifs de refroidissement traditionnels apportant une simplification de leur structure et une réduction significative de leur encombrement sous le capot du véhicule.Thus, in principle, the invention proposes an improvement of traditional cooling devices providing a simplification of their structure and a significant reduction in their bulk under the hood of the vehicle.

La structure de ce dispositif de refroidissement perfectionné comprend un nouveau composant compact sous forme d’un caisson indépendant rapporté intégrant à la fois l’échangeur de chaleur et les moyens de ventilation associés et qui est directement raccordé, à l’entrée et à la sortie du liquide, aux autres composants existants.The structure of this improved cooling device includes a new compact component in the form of an independent attached box integrating both the heat exchanger and the associated ventilation means and which is directly connected to the inlet and outlet liquid, to other existing components.

Le dispositif de l’invention permet de supprimer des durites ou tout au moins de réduire la longueur du circuit hydraulique tout en assurant un refroidissement efficace.The device of the invention makes it possible to eliminate hoses or at least to reduce the length of the hydraulic circuit while ensuring effective cooling.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées, pour lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended figures, for which:

est une vue schématique en perspective éclatée d’un mode de réalisation préférentiel du dispositif de refroidissement de l’invention. is a schematic exploded perspective view of a preferred embodiment of the cooling device of the invention.

est une vue de détail en perspective de dessus du dispositif de la . is a detailed perspective view from above of the device of the .

est une autre vue de détail en perspective de dessus du dispositif de la . is another detailed perspective view from above of the device of the .

est une vue d’ensemble représentant l’implantation du dispositif de refroidissement de l’invention. is an overview representing the installation of the cooling device of the invention.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.For greater clarity, identical or similar elements are identified by identical reference signs throughout the figures.

Naturellement, les modes de réalisation de l’invention illustrés schématiquement par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu dans le cadre de l’invention que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.Naturally, the embodiments of the invention illustrated schematically by the figures presented above and described below, are given only by way of non-limiting examples. It is explicitly provided in the context of the invention that different modes can be proposed and combined to offer others.

L’invention concerne le domaine général du refroidissement de la motorisation des véhicules automobiles et s’intéresse, plus particulièrement, à un perfectionnement visant à réduire l’encombrement du dispositif de refroidissement et, notamment, le circuit hydraulique intégré.The invention relates to the general field of cooling of motor vehicle engines and is concerned, more particularly, with an improvement aimed at reducing the bulk of the cooling device and, in particular, the integrated hydraulic circuit.

De manière connue et comme illustré par la , les dispositifs de refroidissement pour motorisation de véhicule automobile intègrent un circuit hydraulique comprenant, une boîte 3 de réception du liquide chaud sortant de la motorisation M (thermique, hybride ou électrique), un échangeur de chaleur 1 dans lequel le liquide chaud est refroidi par un flux d’air froid issu de moyens de ventilation 2 et une pompe 4 assurant la circulation du liquide dans le circuit.In a known manner and as illustrated by the , the cooling devices for motor vehicle engines integrate a hydraulic circuit comprising, a box 3 for receiving the hot liquid leaving the engine M (thermal, hybrid or electric), a heat exchanger 1 in which the hot liquid is cooled by a flow of cold air coming from ventilation means 2 and a pump 4 ensuring the circulation of the liquid in the circuit.

Un tel circuit hydraulique comprend généralement un grand nombre de durites et/ou de tuyaux qui rendent le dispositif encombrant et qui contiennent un volume important de liquide de refroidissement nécessitant, en conséquence, une pompe de puissance et de capacité adaptées.Such a hydraulic circuit generally includes a large number of hoses and/or pipes which make the device bulky and which contain a large volume of coolant requiring, consequently, a pump of suitable power and capacity.

L’invention consiste donc à perfectionner ce dispositif de refroidissement en modifiant, notamment, la structure de l’échangeur 1 de chaleur et en proposant un composant compact intégrant à la fois, cet échangeur et des moyens de ventilation 2. Ce composant est directement raccordé aux autres composants existants et, notamment, à la boîte 3 de réception du liquide chaud et à la pompe 4 via une conduite 40, comme illustré par les figures 3 et 4.The invention therefore consists of improving this cooling device by modifying, in particular, the structure of the heat exchanger 1 and by proposing a compact component integrating both this exchanger and ventilation means 2. This component is directly connected to the other existing components and, in particular, to the box 3 for receiving the hot liquid and to the pump 4 via a pipe 40, as illustrated in Figures 3 and 4.

A cet effet et comme illustré en détails par les figures 2 et 3, l’échangeur 1 de l’invention comprend un réseau de tubes 10 de faible diamètre, disposés sur les parois internes d’un caisson 11 à l’intérieur duquel sont montés les moyens de ventilation 2. Typiquement, le rayon intérieur des tubes (dont le profil correspond à des demi-cylindres) est de l’ordre de 1mm.For this purpose and as illustrated in detail by Figures 2 and 3, the exchanger 1 of the invention comprises a network of tubes 10 of small diameter, arranged on the internal walls of a box 11 inside which are mounted the ventilation means 2. Typically, the internal radius of the tubes (whose profile corresponds to half-cylinders) is of the order of 1mm.

Les tubes 10 sont disposés en rangées parallèles entre elles et perpendiculaires aux génératrices des parois internes du caisson 1. Dans le mode de réalisation de l’invention représenté sur les dessins, le caisson 11 est ici en forme de parallélépipède rectangle (ou carré avec une longueur des côtés d’environ 50cm) et les tubes 10 sont disposés sur ses parois latérales 11a. Le réseau de tubes comprend environ 240 tubes hémi-cylindriques.The tubes 10 are arranged in rows parallel to each other and perpendicular to the generators of the internal walls of the box 1. In the embodiment of the invention shown in the drawings, the box 11 is here in the shape of a rectangular parallelepiped (or square with a side length of approximately 50cm) and the tubes 10 are arranged on its side walls 11a. The tube network includes approximately 240 hemi-cylindrical tubes.

Chaque tube 10 présente une première extrémité longitudinale 10a d’entrée du liquide alimentée par la boîte 3 de réception du liquide chaud et une seconde extrémité longitudinale 10b de sortie du liquide refroidi.Each tube 10 has a first longitudinal end 10a for entering the liquid supplied by the box 3 for receiving the hot liquid and a second longitudinal end 10b for exiting the cooled liquid.

Les extrémités respectives d’entrée 10a et de sortie 10b du liquide de tous les tubes 10 communiquent entre elles par des conduites périphériques 12a, 12b qui courent le long des parois latérales du caisson 11, respectivement ici sur ses bords supérieur et inférieur, comme illustré par les flèches sur la . La conduite périphérique 12b qui collecte le liquide refroidi issu des seconde extrémités 10b des tubes 10 est raccordée à la conduite 40 de retour du liquide vers la motorisation M.The respective inlet 10a and outlet 10b ends of the liquid of all the tubes 10 communicate with each other by peripheral pipes 12a, 12b which run along the side walls of the box 11, respectively here on its upper and lower edges, as illustrated by the arrows on the . The peripheral pipe 12b which collects the cooled liquid coming from the second ends 10b of the tubes 10 is connected to the pipe 40 for returning the liquid to the motorization M.

Comme illustré par les figures 1 et 3, la boîte 3 de réception du liquide chaud et la conduite 40 de retour du liquide refroidi sont montées, de préférence, de façon alignée, et ici superposée, dans une même partie du caisson 11.As illustrated in Figures 1 and 3, the box 3 for receiving the hot liquid and the pipe 40 for returning the cooled liquid are mounted, preferably, in an aligned manner, and here superimposed, in the same part of the box 11.

Dans le mode de réalisation du dispositif de l’invention représenté ici sur la , les moyens de ventilation 2 comprennent quatre ventilateurs montés dans le caisson 11 de telle sorte que le flux d’air produit soit dirigé contre les parois internes 11a supportant les tubes 10.In the embodiment of the device of the invention represented here on the , the ventilation means 2 comprise four fans mounted in the box 11 such that the air flow produced is directed against the internal walls 11a supporting the tubes 10.

A cet effet, les ventilateurs sont séparés par des déflecteurs 21 constitués de parois curvilignes entourant partiellement les ventilateurs 2 dans la partie centrale du caisson 11. Les parois des déflecteurs 21 sont ici portées par un élément central 22 en étoile. Ainsi, les flux d’air pulsés sont uniformément répartis dans le caisson en étant dirigés et concentrés vers les tubes 10 de façon à optimiser le rendement du transfert calorifique du liquide de refroidissement.For this purpose, the fans are separated by deflectors 21 made up of curvilinear walls partially surrounding the fans 2 in the central part of the box 11. The walls of the deflectors 21 are here carried by a central star element 22. Thus, the pulsed air flows are uniformly distributed in the box by being directed and concentrated towards the tubes 10 so as to optimize the efficiency of the heat transfer of the cooling liquid.

Claims (10)

Dispositif de refroidissement de la motorisation (M) des véhicules automobiles, ledit dispositif intégrant un circuit hydraulique comprenant, une boîte (3) de réception du liquide chaud sortant de la motorisation, un échangeur (1) de chaleur dans lequel le liquide chaud est refroidi par un flux d’air froid issu de moyens de ventilation (2) et une pompe (4) assurant la circulation du liquide dans le circuit, caractérisé en ce que ledit échangeur (1) de chaleur comprend un réseau de tubes (10) de faible diamètre disposés sur les parois internes d’un caisson (11) à l’intérieur duquel est monté au moins un ventilateur (2).Device for cooling the engine (M) of motor vehicles, said device integrating a hydraulic circuit comprising, a box (3) for receiving the hot liquid leaving the engine, a heat exchanger (1) in which the hot liquid is cooled by a flow of cold air coming from ventilation means (2) and a pump (4) ensuring the circulation of the liquid in the circuit, characterized in that said heat exchanger (1) comprises a network of tubes (10) of small diameter arranged on the internal walls of a box (11) inside which at least one fan (2) is mounted. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (10) sont disposés en rangées parallèles entre elles et perpendiculaires aux génératrices des parois internes (11a) du caisson (11).Cooling device according to claim 1, characterized in that the tubes (10) are arranged in rows parallel to each other and perpendicular to the generators of the internal walls (11a) of the box (11). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube (10) présente une première extrémité longitudinale (10a) d’entrée du liquide communiquant avec la boîte (3) de réception du liquide chaud et une seconde extrémité longitudinale (10b) de sortie du liquide raccordée à une conduite de retour du liquide refroidi vers la motorisation (M).Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that each tube (10) has a first longitudinal end (10a) for liquid inlet communicating with the box (3) for receiving the hot liquid and a second longitudinal end (10b) liquid outlet connected to a cooled liquid return pipe to the motorization (M). Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les extrémités respectives d’entrée (10a) et de sortie (10b) du liquide de tous les tubes (10) communiquent entre elles par des conduites périphériques (12a, 12b).Cooling device according to the preceding claim, characterized in that the respective liquid inlet (10a) and outlet (10b) ends of all the tubes (10) communicate with each other via peripheral pipes (12a, 12b). Dispositif de refroidissement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la boîte (3) de réception du liquide chaud et la conduite de retour du liquide refroidi sont montées de façon alignée dans une même partie du caisson (11).Cooling device according to claim 3 or 4, characterized in that the box (3) for receiving the hot liquid and the return pipe for the cooled liquid are mounted in an aligned manner in the same part of the box (11). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de ventilation (2) comprennent quatre ventilateurs montés dans le caisson (11) de telle sorte que le flux d’air soit dirigé contre les parois (11a) supportant les tubes (10).Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the ventilation means (2) comprise four fans mounted in the box (11) such that the air flow is directed against the walls (11a) supporting the tubes (10). Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ventilateurs sont séparés par des déflecteurs (21).Cooling device according to the preceding claim, characterized in that the fans are separated by deflectors (21). Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les déflecteurs (21) sont constitués de parois curvilignes entourant partiellement les ventilateurs dans la partie centrale du caisson (11).Cooling device according to the preceding claim, characterized in that the deflectors (21) consist of curvilinear walls partially surrounding the fans in the central part of the box (11). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caisson (11) est en forme de parallélépipède et les tubes (10) sont disposés sur ses parois latérales (11a).Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the box (11) is in the shape of a parallelepiped and the tubes (10) are arranged on its side walls (11a). Véhicule automobile équipé d’un dispositif selon l’une des revendications précédentes pour le refroidissement de sa motorisation (M).Motor vehicle equipped with a device according to one of the preceding claims for cooling its engine (M).
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