Brevet FR2670277A1 — publié le 19920612

La présente invention est relative à un dispositif de refroidissement de composants électroniques et, plus particulièrement, à un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne en faisant application. La température qui règne dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne est souvent telle que le fonctionnement des dispositifs électroniques (de commande d'injection et/ou d'allumage, par exemple) qui y sont contenus peut être perturbé, notamment quand ceux-ci contiennent des composants de puissance qui s'échauffent eux-mêmes du seul fait de leur fonctionnement. On a donc été amené à prévoir des moyens permettant de refroidir ces dispositifs et ces composants en tirant parti des rares zones "froides" que l'on trouve dans ce compartiment. C'est ainsi que l'on a pensé à fixer des composants électroniques sur un support ou un radiateur métallique disposé dans la veine d'air aspirée par le collecteur d'admission du moteur, air qui se trouve sensiblement à la température ambiante, à quelques degrés près. L'efficacité de ce moyen est cependant limitée, notamment en régime de ralenti du moteur ou plus généralement à bas régime, du fait de la vitesse alors plus faible de l'air dans le conduit d'admission et du réchauffement progressif de cet air au long de ce collecteur. On décrit aussi dans la publication SAE No. 840540 de la "Society of Automotive Engineers" (USA) intitulée "Integrated Engine Control - The Next Step in Electronic Engine Technology", un ensemble intégrant notamment un boîtier de papillon des gaz, un injecteur, des capteurs et autres actionneurs associés à une électronique de commande d'allumage et d'injection. On indique dans cette publication que, dans l'ensemble décrit, des dispositions sont prises pour assurer un bon transfert thermique vers le corps du boîtier du papillon dont la masse constitue l'essentiel des moyens de refroidissement de l'électronique de commande. On indique en outre qu'un passage d'essence est prévu dans le corps du boîtier au voisinage des composants de puissance de l'électronique, pour accroître encore le refroidissement de ceux-ci. I1 faut remarquer cependant que le boîtier du papillon des gaz est souvent à une température élevée du fait d'un échauffement par conduction depuis le collecteur d'admission du moteur sur lequel il est monté et d'un échauffement par rayonnement dû au moteur lui-même. L'aménagement d'une circulation d'essence dans le corps de ce boîtier peut être efficace mais au prix d'un renchérissement de la fabrication du boîtier, de risques de fuites et d'un accroissement de la température de l'essence, susceptible d'engendrer un phénomène parasite de vaporisation de l'essence connue sous le nom anglais de "vapor lock". La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de refroidissement de composants électroniques, plus particulièrement de composants d'électronique automobile, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention a aussi pour but de fournir un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne, équipé de moyens permettant de refroidir efficacement des composants électroniques, dans une mise en oeuvre simple et peu coûteuse. On atteint ces buts de 1 invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique monté en contact thermique sur un conduit en matériau thermoconducteur dans lequel passe un fluide en circulation forcée. Suivant l'invention le dispositif comprend un organe de restriction disposé dans le conduit de manière à établir une détente du fluide en aval de l'organe et au voisinage du composant ainsi refroidi par le fluide en détente. On comprend que l'organe de restriction crée dans le conduit un étranglement où la pression est maximale, l'air se détendant à partir de cette pression maximale en aval de l'étranglement, cette détente s'accompagnant d'une absorption de calories reçues de la paroi adjacente plus chaude du conduit d'air, là où cette paroi est en contact thermique avec le composant à refroidir qui peut ainsi évacuer des calories excédentaires nuisibles à son bon fonctionnement. En électronique automobile, l'invention fournit un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne comprenant un papillon des gaz mobile autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal d'un conduit d'air traversant le boîtier et constitué en un matériau thermoconducteur, ce boîtier étant conçu pour être associé à des moyens électroniques de commande du moteur. Suivant l'invention, au moins un composant électronique formant partie de ces moyens est monté en contact de transfert thermique sur la surface extérieure du conduit, dans une position située au voisinage d'une zone de détente de l'air aspiré par le moteur, immédiatement en aval du papillon. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du boîtier de papillon des gaz suivant la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement en coupe transversale un boîtier de papillon des gaz suivant l'invention, monté sur le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne. Sur cette figure, la référence I repère le collecteur d'admission, la référence 2 repère le corps du boîtier d'un papillon des gaz 3 placé dans un conduit 4 de section circulaire qui traverse le boîtier et dans lequel de l'air atmosphérique circule dans le sens des flèches F, F' sous l'effet de l'aspiration développée par un moteur à combustion interne (non représenté). Classiquement le papillon, circulaire, pivote autour d'un axe 5 confondu avec l'un de ses diamètres et perpendiculaire à l'axe de la flèche F qui définit le sens de progression de l'air aspiré. On sait que le conducteur d'un véhicule propulsé par un moteur à combustion interne peut faire varier l'inclinaison du papillon sur l'axe de la flèche F en agissant sur une pédale d'accélérateur (non représentée). En variante, la position du papillon peut être ajustée ou corrigée d'une manière automatique par des dispositifs de commande du moteur qui se substituent alors au conducteur. Dans tous les cas, le papillon 3 définit dans l'écoulement d'air aspiré par le moteur à travers le conduit 4, un étranglement constitué de deux passages 6, 6' symétriques par rapport à l'axe 5 du papillon 3, chacun de ces passages prenant la forme, dans le plan du papillon, d'un croissant limité intérieurement par le contour circulaire du papillon 3 et extérieurement par le contour elliptique de la section du conduit circulaire par le plan du papillon 3, ces deux contours étant sensiblement tangents sur l'axe 5. Quand l'angle a repérant la position angulaire du papillon par rapport à une normale à son axe de rotation et à la direction de la flèche F, croît de O à 90 , la surface des passages 6, 6' varie d'une valeur sensiblement nulle à une valeur sensiblement égale à celle de la section droite du conduit, la perte de charge créée par le papillon variant en sens contraire. On comprend que l'air entrant dans le conduit 4 suivant la flèche F voit sa vitesse et sa pression atteindre une valeur maximale dans les passages 6, 6', comme on l'observe au col d'un venturi. En aval de ces passages, la pression baisse et l'air se refroidit alors en se détendant. Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, on exploite ce phénomène pour assurer le refroidissement d'un composant électronique 7 en disposant judicieusement celui-ci en position de transfert thermique avec l'air qui se détend. Pour ce faire, le composant 7 est monté par exemple sur un substrat ou support thermoconducteur 8 fixé lui-même sur la paroi extérieure du conduit 4 formé dans le corps 2 du boîtier de papillon constitué en un matériau métallique thermo-conducteur. Le support 8 est fixé sur le boîtier par tous moyens convenables, vis, rivets, etc... La qualité du contact thermique entre la surface du support et celle du boîtier doit être aussi bonne que possible. A cet effet, on dispose éventuellement une graisse aux silicones thermoconductrice entre ces surfaces. On comprend que l'air détendu et plus frais qui s'écoule en aval du papillon suivant les flèches G, G' vient lécher la paroi adjacente du conduit 4 en absorbant les calories qu'elle contient, ce qui permet de refroidir du même coup le composant électronique 7 adjacent qui évacue ainsi la chaleur qu'il rayonne par conduction puis par convection thermique forcée grâce à l'air frais qui entre dans le moteur. Un positionnement adéquat du composant, au droit de la zone la mieux refroidie par cet air frais, légèrement en aval du papillon, favorise le transfert thermique nécessaire. On peut encore améliorer ce transfert thermique en perçant au moins une ouverture 9 dans la paroi du conduit d'air, pour assurer un contact direct entre la veine d'air frais circulant suivant la flèche G et le support conducteur de chaleur du composant 7, cette ouverture 9 étant percée évidemment au voisinage de la position occupée par ce composant sur son support. On sait que le collecteur d'admission 1 d'un moteur à combustion interne est fortement chauffé par le fonctionnement de ce dernier. Pour éviter que le corps 2 du boîtier de papillon soit échauffé par conduction thermique à son contact avec ce collecteur d'admission 1 on prévoit, suivant l'invention, d'installer entre ceux-ci une cale 10 en un matériau thermoisolant. On observera que le dispositif de refroidissement suivant l'invention est efficace à tous les régimes de fonctionnement du moteur. Ainsi, lorsque le papillon est peu ouvert, soit en phase de décélération ou de ralenti, la chute du débit d'air que cette position du papillon entraîne est compensée par une détente de l'air plus importante en aval du papillon, les passages 6,6' étant de surfaces plus réduites. Quand le conducteur appuie sur l'accélérateur pour ouvrir plus largement le papillon de manière à faire croître le régime du moteur, le composant électronique 7 peut être plus sollicité pour suivre cet accroissement de régime en subissant alors un plus fort échauffement par la chaleur qu'il dégage. C'est le cas par exemple lorsque le composant 7 est un transistor de puissance commandant l'alimentation d'un actionneur tel qu'un injecteur de carburant ou une bobine d'allumage.Mais alors le débit et la vitesse de l'air aspirés par le moteur s'accroissent parallèlement pour assurer un plus fort refroidissement du composant 7. Le dispositif de refroidissement suivant l'invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord il ne requiert aucune pièce d'usinage compliquée ou spécifique. La solution proposée par l'invention est donc simple et peu coûteuse. Le dispositif se prête en outre à une intégration dans un ensemble d'injection et/ou d'allumage comprenant un boîtier de papillon, des capteurs et actionneurs (injecteurs, etc...) et une électronique de commande comprenant au moins un composant électrique à refroidir énergiquement, tel qu'un transistor de puissance commandant l'ouverture d'un injecteur. L'ensemble ainsi constitué est compact, de montage facile à coût réduit, comprend un minimum de connecteurs pour une fiabilité accrue et peut être testé complètement et commodément. Un tel ensemble peut assurer une fonction d'injection "monopoint" ou "multipoint". Bien entendu la présente invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'a titre d'exemple. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à l'installation d'un dispositif de refroidissement dans un boîtier de papillon des gaz mais s'étend au contraire au refroidissement de composants électroniques par une détente dans un gaz établi en aval d'une restriction disposée dans une veine de ce gaz en écoulement forcé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique (7) monté en contact thermique sur un conduit (4) en matériau thermoconducteur dans lequel passe un fluide en circulation forcée, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de restriction (3) disposé dans le conduit (4) de manière à établir une détente du fluide en aval de l'organe et au voisinage du composant (7) ainsi refroidi par le fluide en détente. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, pour composant électronique (7) monté sur un support thermoconducteur (8), caractérisé en ce que le conduit (4) est percé d'au moins une ouverture (9) au voisinage de la position occupée par le composant (7), cette ouverture (9) étant fermée par le support (8) de celui-ci. 3. Boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne, comprenant un papillon des gaz (3) mobile autour d'un axe (5) perpendiculaire à l'axe longitudinal d'un conduit d'air (4) traversant le boîtier et constitué en un matériau thermoconducteur, ce boîtier étant conçu pour être associé à des moyens électroniques de commande, caractérisé en ce qu'au moins un composant électronique (7) formant partie de ces moyens est monté en contact de transfert thermique sur la surface extérieure du conduit (4), dans une position située au voisinage d'une zone de détente de l'air aspiré par le moteur, immédiatement en aval du papillon (3). 4. Boîtier conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le composant électronique (7) est monté sur un support thermoconducteur (8) fixé sur le conduit d'air (4). 5. Boîtier conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'une graisse thermoconductrice est interposée entre le support thermoconducteur (8) et le conduit (4) pour renforcer le transfert thermique. 6. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le support conducteur (8) ferme une ouverture (9) percée dans le conduit d'air (4) au voisinage de la position occupée par le composant électronique (7) sur ce support. 7. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une cale (10) en matériau thermoisolant, agencée pour s'interposer entre deux surfaces en regard du boîtier et d'un collecteur (1) d'admission d'air d'un moteur à combustion interne qui reçoit ce boîtier. 8. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le composant (7) est un transistor de puissance.