Brevet FR2579311A1 — publié le 19860926

Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, en particulier du type à gaz d'échappement. L'invention concerne un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile, en particulier du type comprenant un circuit de passage des gaz d'échappement du moteur à combustion interne équipant le véhicule, permettant, lors du fonctionnement à froid du moteur, de chauffer rapidement le liquide de refroidissement et/ou l'huile de lubrification de ce moteur. On a déjà proposé d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement pour, lors d'un démarrage ou d'un fonctionnement à froid du moteur à combustion interne, relever très rapidement la température du liquide de refroidissement et/ou de l'huile de lubrification du moteur, ce qui se traduit par une diminution sensible de la consommation en carburant. Toutefois, les échangeurs connus sont relativement lourds et n'ont en fait d'utilité que pendant une période de temps relativement très courte par rapport au temps total de fonctionnement du moteur. L'invention propose un échangeur de chaleur du type précité, qui soit relativement léger. L'invention propose pour cela un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont montées à étanchéité dans les trous d'un collecteur sur lequel est fixée une bote à fluide dans laquelle débouchent les extrémités des tubes et qui comporte au moins une entrée et/ou une sortie d'un premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément tubulaire interposé entre le collecteur et une enveloppe entourant le faisceau de tubes. Avantageusement, cet élément tubulaire est formé d'une seule pièce avec le collecteur. De préférence, l'enveloppe est munie d'une entrée et d'une sortie d'un second fluide qui circule dans ladite enveloppe et dans l'élément tubulaire. En général, le premier fluide circulant dans la bote précitée et dans les tubes du faisceau est constitué par les gaz d'échappement du moteur, et le second fluide qui circule dans l'enveloppe est constitué par un liquide ou par de l'air, notamment par le liquide de refroidissement du moteur ou par l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule. Grâce à la présence de l'élément tubulaire reliant ladite enveloppe au collecteur, cette enveloppe peut être réalisée en matière plastique ou en un matériau métallique léger supportant mal les températures élevées, tandis que la boîte à fluide, le collecteur et l'élément tubulaire sont en une matière qui supporte les températures élevées que peuvent atteindre les gaz d'échappement. On obtient ainsi un gain de poids important. Par ailleurs, l'échangeur de chaleur selon l'invention apporte une aide au chauffage de l'habitacle du véhicule, non seulement pendant les périodes de démarrage et de fonctionnement à froid du moteur, mais également en dehors de ces périodes, si on le souhaite. L'invention prévoit également que l'enveloppe précitée contient un faisceau de tubes parcouru par l'huile de lubrification du moteur. Ainsi, lors d'un démarrage ou d'un fonctionnement à froid du moteur, l'huile de lubrification est également réchauffée par les gaz d'échappement, par l'intermédiaire du fluide qui circule dans ladite enveloppe. Par ailleurs, le fluide qui circule dans ladite enveloppe peut être un fluide intermédiaire d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement du moteur ou avec l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, pour éviter toute possibilité de pollution par les gaz d'échappement ou par l'huile de lubrification. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation de cet échangeur; - la figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle, d'une partie d'un échangeur de chaleur selon l'invention. on se réfère d'abord à la figure 1, qui représente un échangeur de chaleur selon l'invention, destiné à équiper un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne. L'échangeur comprend une boîte à fluide 10 munie d'une tubulure d'entrée 12 et d'une tubulure de sortie 14, et comportant une cloison interne 16, fixe ou mobile, qui partage l'espace interne de la boîte 10 en deux chambres séparées qui sont reliées respectivement à la tubulure d'entrée 12 et à la tubulure de sortie 14. Cette boîte à fluide est montée de façon étanche sur le rebord périphérique d'un collecteur 18,ou plaque à tubes, comprenant des trous 20 dans lesquels sont montées à étanchéité les extrémités des tubes 22 d'un faisceau de tubes, de façon classique. Ce faisceau de tubes 22 est contenu à étanchéité dans une enveloppe 24 comprenant deux tubulures 26 et 28 par lesquelles elle peut être reliée à un circuit d'un fluide tel que le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne ou l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, ou d'un fluide. intermédiaire,tel par exemple que du fréon. Le collecteur 18 de l'échangeur est formé d'une pièce avec un élément tubulaire 30 présentant un rebord périphérique 32 opposé au rebord périphérique du collecteur sur lequel est fixée la boîte à fluide 10. Ce rebord périphérique 32 de l'élément tubulaire 30 coopère avec un rebord périphérique 34 de l'extrémité de l'enveloppe 24, pour assurer la fixation de cette enveloppe sur l'élément tubulaire 30, par exemple au moyen d'un sys tème de pattes ou de pinces 36. Un ou plusieurs joints d'étanchéité 38 sont interposés entre les rebords périphériques 32 et 34 de l'élément tubulaire 30 et de l'enveloppe 24. Les tubulures d'entrée 12 et de sortie 14 de la boîte à fluide 10 sont reliées au collecteur d'échappement du moteur à combustion interne,de telle sorte que les gaz d'échappement de ce moteur pénètrent dans la boîte 10 par la tubulure 12, circulent dans les tubes 22 du faisceau, reviennent dans la boîte 10 et sortent de cette boîte par la tubulure de sortie 14. Le liquide de refroidissement du moteur, le fluide intermédiaire ou l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule, qui pénètre dans l'enveloppe 24 par l'une ou l'autre des tubulures 26 et 28, qui circule dans cette enveloppe et qui en sort par l'autre des tubulures 26 ou 28, balaye les tubes 22 du faisceau qui se trouvent à l'intérieur de l'enveloppe 24. Lors d'un démarrage à froid ou d'un fonctionnement à froid du moteur, le fluidequicircule dans l'enveloppe 24 est réchauffé par les gaz d'échappement du moteur, dont la température est comprise entre 400 et 900 ou 10000C environ, selon les cas.Lorsque ce fluide est le liquide de refroidissement du moteur, sa température s'élève très vite par échange de chaleur avec les gaz d'échappement, ce qui réduit la durée de montée en température du moteur et réduit du même coup la consommation en carburant. Lorsque le fluide qui circule dans l'enveloppe 24 est l'air amené dans l'habitacle du véhicule, cet air est chauffé très rapidement et permet de chauffer l'habitacle, même si le moteur n'a pas atteint sa température normale de fonctionnement. Bien entendu, lorsque le liquide de refroidissement du moteur circule dans l'enveloppe 24, son augmentation de température peut être utilisée, non seulement pour accélérer la montée en température du moteur, mais également pour chauffer l'air amené dans l'habitacle du véhicule. L'enveloppe 24, dont la température est maintenue en permanence à une valeur relativement faible, par exemple inférieure à 1000C, par le fluide qui y circule, peut être réalisée en une matière plastique, ou en matériau métallique léger, alors que la boite à fluide 10, le collecteur 18 et l'élément tubulaire 30 seront réalisés en une ou des matières supportant les températures élevées des gaz d'échappement. L'élément tubulaire 30 est en contact permanent avec le fluide qui circule dans l'enveloppe 24, et son rebord périphérique 32, sur lequel est fixée l'extrémité de l'enveloppe 24, est maintenu à une température relativement faible ne risquant pas de détériorer la matière dont est constituée l'enveloppe 24, alors que le collecteur 18 est luimême porté à une température beaucoup plus élevée. On se réfère maintenant à la figure 2, représentant une variante de réalisation de cet échangeur, dans laquelle l'enveloppe 24 contient également un faisceau de tubes 40 débouchant à leurs extrémités dans deux tubes 42 d'alimentation qui traversent à étanchéité la paroi de l'enveloppe 24 et qui sont reliés au circuit d'huile de lubrification du moteur à combustion interne. Dans ce cas, lors d'un démarrage à froid ou d'un fonctionnement à froid du moteur; l'huile de lubrification circulant dans les tubes 40 est chauffée par le fluide circulant dans l'enveloppe 24, qui est lui-même chauffé par les gaz d'échappement. La figure 3 représente, de façon plus détaillée, un mode d'assemblage de la boîte à fluide 10 et de l'enveloppe 24 sur le collecteur 18. Dans ce cas, la boite å fluide 10 comprend un rebord périphérique 44 appliqué,par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 46, sur un rebord périphérique correspondant 48 du collecteur 18. Des vis 50 traversant des trous alignés des rebords 44 et 48 et du joint d'étanchéité 46 permettent, avec des écrous 52, d'assurer la fixation de ces rebords. Le rebord périphérique 32 de l'élément tubulaire 30 (qui est formé d'une pièce avec le collecteur 18) est fixé sur le rebord périphérique 34 de l'extrémité de l'enveloppe 24 de la même façon, au moyen de vis 54 passant dans des trous alignés des rebords 32 et 34 et du joint d'étanchéité 38 et recevant des écrous 56. Bien entendu, il n'est pas indispensable que l'élément tubulaire 30 soit formé d'une pièce avec le collecteur 18. Ce dernier pourrait donc avoir une constitution habituelle, tandis que l'élément tubulaire 30 comprendrait alors un rebord périphérique à son extrémité supérieure, par laquelle il serait assemblé au rebord périphérique 44 de la boîte à fluide 10 et à la périphérie du collecteur 18, qui pourrait être une simple plaque fixée à étanchéité entre le rebord de la boite à fluide et le rebord correspondant de l'élément tu bulaire 30. par ailleurs, et comme représenté dans les figures 1 et 2, on peut disposer dans l'enveloppe 24 des cloisons 25 formant chicanes, pour améliorer l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et le fluide circulant dans l'enveloppe. En variante, le fluide qui circule dans l'enveloppe 24 est un fluide intermédiaire d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement du moteur ou avec l'air de chauffage de l'habitacle, ce qui permet d'éviter tout risque de pollution du liquide de refroidissement ou de l'air par les gaz d'échappement ou par l'huile de lubrification. Revendications. 1. Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant un faisceau de tubes dont les extrémités sont montées à étanchéité dans les trous d'un collecteur sur lequel est fixée une bote à fluide dans laquelle débouchent les extrémités des tubes et qui comporte au moins une entrée et/ou une sortie d'un premier fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un élément tubulaire (30) interposé entre le collecteur (18) et une enveloppe (24) entourant le faisceau de tubes (22). 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (24r est munie d'une entrée et d'une sortie (26, 28) d'un second fluide qui circule dans l'enveloppe (24) et dans l'élément tubulaire (30). 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractéri- sé en ce que l'élément tubulaire (30) est formé d'une seule pièce avec le collecteur (18). 4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite enveloppe (24) est réalisée en matériau plastique ou en matériau métallique léger, tandis que la boîte à fluide (10), le collecteur (18) et l'élément tubulaire (30) sont en une matière supportant les températures élevées. 5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (24) contient également au moins un conduit (40, 42) parcouru par l'huile de lubrification du moteur. 6. Echangeur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le premier fluide circulant dans la boîte (10) et dans les tubes (22) du faisceau est constitué par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et en ce que le second fluide circulant dans l'enveloppe (24) est constitué par un liquide ou par de l'air, par exemple par le liquide de refroidissement du moteur ou par l'air de chauffage de l'ha- bitacle du véhicule. 7. Echangeur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le premier fluide circulant dans la boîte (10) et dans les tubes (22) du faisceau est constitué par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et en ce que le second fluide est un fluide intermédiaire d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement du moteur ou avec l'air de chauffage de l'habitacle du véhicule.