Brevet FR2706598A1 — publié le 19941223

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment radiateur à flux transversal, pour moteurs à combustion interne comportant des boîtes à eau disposées des deux côtés d'un bloc de tuyaux à ailettes, un réservoir d'expansion, qui est associé à la boîte à eau comportant, à son extrémité supérieure, une tubulure d'arrivée pour le fluide de refroidissement. On connaît des échangeurs de chaleur de ce type (demande de brevet européen EP 0 184 197 B1). Dans ces types de réalisation, la tubulure d'arrivée débouche latéralement dans la partie supérieure de la première boîte à eau. La boîte à eau elle-même comporte une paroi de séparation qui s'étend parallèlement à son axe longitudinal et est disposée en son intérieur et est associée au côté, situé à l'opposé de la plaque porte-tubes, de la boîte à eau. Cette paroi de séparation sépare un canal qui s'étend de haut en bas dans la boîte à eau et qui débouche, au niveau de sa partie inférieure, par l'intermédiaire d'un élément de liaison, dans une partie inférieure d'un réservoir d'expansion, qui est formé solidairement de la boîte à eau. La partie supérieure du réservoir d'expansion est alors agencée de manière à être transparente afin que l'on puisse observer le niveau de remplissage. Il est également connu (demande de brevet allemand DE 33 41 390 Al, figure 4), d'associer à la boîte à eau pourvue de la tubulure d'entrée, un réservoir d'ex- pansion, qui s'étend approximativement parallèle à la boîte à eau, mais qui n'est pas relié à l'espace intérieur de cette boîte à eau, mais est relié au fluide de refroidisse- ment. par l'intermédiaire d'un tube particulier, qui traverse le bloc de tubes à ailettes, à partir de l'autre boîte à eau, auquel cas - dans la boîte à eau située à l'opposé de la première boîte à eau - s'étend vers le haut, dans la zone supérieure de cette boîte à eau, une paroi de séparation qui forme un canal qui est relié à nouveau au tube mentionné précédemment. Mais dans ce type de réalisation, la tubulure de sortie est également prévue au niveau de la première boîte à eau de sorte qu'en cet endroit il se produit une circulation en forme de U de l'écoulement dans le bloc de tubes à ailettes, qui est également provoquée par la disposition de parois de séparation correspondantes dans la première boîte à eau. Dans les deux cas, les réservoirs de compensation s'éten- dent approximativement sur toute la hauteur des boîtes à eau. Ceci est également valable pour des réalisations (demande de brevet allemand DE 33 41 390 A1, figure 1), dans lesquelles le réservoir d'expansion est associé à la boîte à eau équipée de la tubulure de sortie. On ne peut pas toujours utiliser des échangeurs de ce type dans les espaces souvent étroits de montage dans des véhicules automobiles. De même, l'association du réservoir d'expan- sion à la boîte à eau équipée du système d'évacuation n'est pas toujours possible. C'est pourquoi l'invention a pour but d'agencer un échangeur de chaleur, notamment un radiateur à flux transversal du type indiqué plus haut de manière que le réservoir d'expansion n'occupe pas un espace s'étendant sur toute la hauteur de la boîte à eau, mais de manière que soit garantie une désaération suffisante du fluide de refroidissement dans le réservoir d'expansion et une circulation suffisante dans ce réservoir d'expansion. Pour résoudre ce problème, il est proposé que le réservoir d'expansion soit disposé exclusivement dans la zone située à côté de la tubulure d'arrivée et soit relié par l'intermédiaire d'un canal débouchant dans la zone du point le plus élevé du réservoir d'expansion, à l'espace d'entrée en arrière de la tubulure d'arrivée, que l'espace d'entrée soit séparé de l'espace intérieur de la boîte à eau par une paroi d'étranglement, qui libère une section transversale d'écoulement plus petite que la section transversale d'écoulement de la tubulure d'arrivée, et que le réservoir d'expansion soit relié, au niveau de sa partie inférieure, à l'espace intérieur de la boîte à eau, par l'intermédiaire d'une ouverture, qui débouche en arrière de la paroi d'étranglement dans la direction d'écoulement. Grâce à cet agencement, il apparaît d'une manière imposée, dans l'espace d'entrée en arrière de la tubulure d'arrivée, une pression du fluide de refroidissement qui est plus élevée que dans le reste de la boîte à eau et qui déclenche une circulation forcée dans le canal qui débouche dans la partie la plus élevée du réservoir d'expansion. C'est pourquoi, étant donné que le canal s'étend vers le haut, de l'air pénétrant dans la tubulure d'arrivée est entraîné avec l'écoulement qui se produit dans ce canal et parvient dans la partie supérieure du réservoir d'expansion, qui, de cette manière, doit être disposée exclusivement à l'extrémité supérieure de la boîte à eau d'entrée et par conséquent n'occupe aucun espace supplémentaire latérale- ment à côté de l'une des boîtes à eau. Selon une variante de réalisation avantageuse de l'invention, il est prévu que la paroi d'étranglement est une paroi de séparation, qui est disposée transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la boîte à eau et fait saillie en direction de la plaque porte-tubes, et qui débouche à une distance déterminée, qui détermine la section transversale d'écoulement, en-deçà de la plaque porte-tubes. Grâce au choix de cette distance, on peut influer sur le volume de base prévu pour l'air, du récipient d'expansion, qui est en général situé au-dessus du tube supérieur du bloc à tubes nervurés. C'est pourquoi on choisit de façon appropriée la distance de manière qu'en fonctionnement il existe, dans le réservoir d'expansion, un volume d'air suffisamment conséquent, qui permette de régler également de façon correspondante le niveau du fluide de refroidissement. Selon une autre variante de réalisation de l'in- vention, il est prévu que le canal, qui relie l'espace d'entrée au réservoir d'expansion, est formé par une paroi qui s'étend parallèlement à la paroi extérieure du réservoir d'expansion et est fabriqué d'un seul tenant avec le réservoir d'expansion et l'espace d'entrée. Grâce à cet agencement, d'une part on peut obtenir la section transversale désirée du canal, et d'autre part la fabrication s'avère également très simple. La tubulure d'arrivée peut être disposée latéralement par rapport au réservoir d'expansion, auquel cas ce dernier possède avantageusement une surface de séparation qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal de la boîte à eau et sur laquelle est soudé un couvercle de fermeture équipé de la tubulure d'arrivée. Cet agencement permet une fabrication d'un seul tenant des boîtes à eau et du réservoir d'expansion. Enfin, on obtient une forme de réalisation particulièrement peu volumineuse pour l'échan- geur de chaleur, lorsque la tubulure d'évacuation pour le fluide de refroidissement est montée sur la face inférieure de la boîte à eau, équipée du réservoir d'expansion. Grâce à cet agencement, dans lequel il existe une circulation en U dans le radiateur à flux transversal, les deux boîtes à eau ne comportent, sur la majeure partie de leur longueur, aucune autre pièce auxiliaire, et le réservoir d'expansion est associé uniquement à l'un des réservoirs d'eau, dans la partie supérieure. On peut par conséquent conserver de très faibles dimensions pour l'espace de montage prévu pour un tel échangeur de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique d'un radiateur à flux transversal selon l'invention pour un moteur à combustion interne, notamment pour un véhicule utilitaire; - la figure 2 représente la vue du radiateur à flux transversal de la figure 1, considérée dans la direction de la flèche II; - la figure 3 montre une représentation à plus grande échelle de la partie supérieure du radiateur à flux transversal selon l'invention, dans la vue de la figure 2, mais dans le cas o le couvercle de fermeture est soulevé, de manière à permettre de voir l'intérieur du réservoir d'expansion; - la figure 4 représente la coupe du réservoir d'expansion de la figure 3, prise dans la direction de la ligne IV-IV; et - la figure 5 représente la coupe du réservoir d'expansion de la figure 3, prise dans la direction de la ligne V-V. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un radiateur à flux transversal, qui est constitué par un bloc de tubes à ailettes 1 comportant des tubes horizontaux, et par des ailettes qui s'étendent entre ces tubes, perpendiculairement aux axes 2 des tubes, ce qui n'est pas représenté de façon détaillée. Les tubes sont maintenus de façon connue respectivement dans des plaques porte-tubes 3 et 4, parmi lesquels la plaque porte-tubes 4 est fixée à une première boîte à eau 5, et la plaque porte-tubes 3 est fixée à une seconde boîte à eau 6. A la première boîte à eau 5 est associé, et ce exclusivement au niveau de sa partie supérieure, un réservoir d'expansion 7, qui est constitué par une partie 7a coulée ou moulée par injection d'un seul tenant avec la boîte à eau, et par un couvercle de fermeture qui est soudé à la première partie le long d'une ligne de séparation 8 et qui comporte une tubulure 10 d'arrivée pour le fluide de refroidissement. Cette tubulure d'arrivée peut être formée d'un seul tenant avec le couvercle de fermeture 9. Dans le cas de l'exemple de réalisation, ce couvercle est constitué par un élément particulier de tubulure, qui est fixé, notamment par soudage, d'une manière non représentée de façon détaillée, sur la surface de séparation 8. C'est pourquoi, contrairement à des échangeurs de chaleur connus, la tubulure d'arrivée 10 n'est pas associée directement à la boîte à eau 5, mais au réservoir d'expan- sion fixé d'un seul tenant sur cette boîte à eau 5. Les figures 1 et 2 montrent tout d'abord que le radiateur à flux transversal 1 selon l'invention ne présente aucun élément de montage, dans la majeure partie de ces boîtes à eau 5 et 6. La circulation à l'intérieur du radiateur à flux transversal 1 s'effectue depuis la tubulure d'arrivée 10 et la boîte à eau 5 en direction de la boîte à eau 6. Le fluide de refroidissement quitte le radiateur à flux trans- versal 1 par une tubulure d'évacuation 12, qui est prévue sur la face inférieure de la boîte à eau 6. Une tubulure de remplissage 13 est associée au réservoir d'expansion 7, de façon connue. Les deux boîtes à eau 5 et 6 comportent des tétons 14 et 15 qui font saillie frontalement, pour permettre sa fixation au véhicule. Pour obtenir la désaération nécessaire du fluide de refroidissement envoyé à la tubulure d'arrivée 10, comme cela est représenté sur les figures 3 à 5, la partie 7a du réservoir d'expansion 7, qui est reliée d'un seul tenant à la boîte à eau 5, est agencée d'une manière particulière. La figure 3, sur laquelle on n'a pas représenté le couvercle de fermeture 9 et la tubulure de raccordement 10, montre qu'en arrière de la tubulure d'arrivée 10 est prévu un espace d'entrée qui se présente sous la forme d'un puits 16 qui s'étend continûment jusque dans l'espace intérieur de la boîte à eau 5 au-dessus de la plaque porte- tubes 4 non représentée. Ce puits 16 débouche dans l'espace intérieur de la boîte à eau 5 de sorte qu'une arrivée du fluide de refroidissement dans la boîte à eau 5 s'effectue conformément aux flèches 17. Les figures 3 à 5 montrent que, dans la voie de jonction entre le puits 16 et l'espace intérieur 18 de la boîte à eau 5 pénètre une paroi d'étranglement 19, qui est agencée sous la forme d'une paroi transversale, qui s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal 20 de la boîte à eau 5 et fait saillie depuis la partie 7a du réservoir d'expansion en direction de la plaque porte-tubes 4. Cette paroi d'étran- glement 19 possède, dans l'exemple de réalisation, un bord inférieur qui est parallèle à la plaque porte-tubes 4 et qui se situe à une distance prédéterminée (a) en avant de cette plaque porte-tubes 4. Cette distance (a) détermine, avec les autres dimensions du canal de circulation 21, dans la zone de la paroi d'étranglement 19, la section transver- sale d'écoulement pour le fluide de refroidissement. La distance (a) est choisie de telle sorte que la section transversale d'écoulement, qui est libérée par la paroi d'étranglement 19, est inférieure à la section transversale d'entrée de la tubulure d'arrivée 10. Grâce à cette disposition, il s'établit dans le puits 16 une certaine surpression par rapport à la pression régnant dans l'espace intérieur 18 de la boîte à eau 5 et qui, comme cela sera encore expliqué, est utilisée pour provoquer un écoulement forcé directement en arrière de la tubulure d'arrivée, dans le réservoir d'expansion, cet écoulement permettant à l'air entrainé dans la tubulure d'arrivée 10 et présent dans le fluide de refroidissement, de se dégager dans le réservoir d'expansion 7. Sur les figures 3 et 4 (et comme cela est égale- ment indiqué sur la figure 2), on voit que le puits 16 se prolonge, au niveau de sa partie supérieure, par un canal étroit 22, qui est formé par une paroi 23 et qui est parallèle à la paroi extérieure 7b de la partie 7 du réservoir d'expansion et se termine au-dessous de l'élément de paroi approximativement horizontal 7c, qui forme la partie de fermeture supérieure du réservoir d'expansion 7. Par conséquent, le canal 22 s'étend vers le haut à partir du puits 16 avec un léger cintrage et se termine légèrement au-dessous de la paroi formant couvercle 7c. Étant donné que, comme cela a été expliqué précédemment, une pression accrue règne dans le puits 16 en raison de la présence de la paroi d'étranglement 16, une partie du fluide de refroidissement est dirigée impérativement par le canal 22, dans l'espace intérieur 24 du réservoir d'expansion 7 et est guidée, conformément aux flèches 25 en direction d'une ouverture 26, qui est située dans une surface, qui est approximativement verticale, de la paroi du réservoir d'expansion 7, juste en arrière de la paroi d'étranglement 19. Cette ouverture 26 est reliée à l'espace intérieur 18 de la boîte à eau 5. Le fluide de refroidissement, qui est guidé impérativement par le canal 22, parvient par conséquent, après avoir traversé le réservoir d'expansion, également dans le circuit de refroidissement, dans lequel circule également déjà le fluide de refroidissement, qui a pénétré conformément aux flèches 17 dans la section transversale située au-dessous de la paroi d'étranglement 19. Le fluide de refroidissement parvient alors, comme cela a déjà été indiqué précédemment, de la boîte à eau 5 à la boite à eau 6 et quitte le radiateur à flux transversal, par la tubulure de sortie 12. L'agencement est choisi de telle sorte que le niveau 27 de l'eau dans le réservoir d'expansion 7 est encore situé au-dessus du tube le plus élevé, non représenté, de la boîte à eau 5, de sorte qu'un entraîne- ment d'air dans le circuit de refroidissement est empêché. On peut influer sur la position de la surface 27 du liquide au moyen du bord inférieur de la paroi d'étranglement 19 par rapport à 1l plaque porte-tubes 4. Cependant, on voit très bien sur la figure 3 qu'un volume d'air suffisamment important est situé au-dessus du niveau 27 du fluide de refroidissement, dans le réservoir d'expansion 7. Grâce à l'agencement selon l'invention, en amont de la boîte à eau d'arrivée 5 est branché un réservoir d'expansion, qui est disposé exclusivement au voisinage de la tubulure d'arrivée 10 et qui répartit le courant de fluide de refroidissement, qui apparaît dans cette tubulure d'arrivée 10, en un courant partiel de désaération qui exécute une circulation forcée, et un courant d'arrivée, et ce déjà avant d'atteindre l'espace intérieur 18 de la boîte à eau 5. Étant donné que la désaération s'effectue au moyen de la disposition du canal 22 dirigé vers le haut, une désaération suffisante est garantie. Le réservoir d'expan- sion 7 peut être formé d'un seul tenant sur la boîte à eau 5. Grâce à sa disposition uniquement dans la partie supérieure de cette boîte à eau, les deux boîtes à eau 5 ne comportent absolument aucun élément saillant latéralement, sur la majeure partie de leur longueur. Le nouveau radiateur à flux transversal peut par conséquent être utilisé avantageusement dans le cas o il n'existe aucune place pour le montage latéral d'un réservoir d'expansion, dans le cas d'un radiateur à flux transversal. REVENDICATIONS 1. Échangeur de chaleur, notamment radiateur à flux transversal, pour moteurs à combustion interne comportant des boîtes à eau (5,6) disposées des deux côtés d'un bloc de tuyau à ailettes (la), un réservoir d'expansion (7), qui est associé à la boîte à eau (5) comportant, à son extrémité supérieure, une tubulure d'arrivée (10) pour le fluide de refroidissement, caractérisé en ce que le réservoir d'expansion (7) est disposé exclusivement dans la zone située à côté de la tubulure d'arrivée (10) et est relié par l'intermédiaire d'un canal (22) débouchant dans la zone du point le plus élevé du réservoir d'expansion (7), à l'espace d'entrée (16) en arrière de la tubulure d'arrivée, que l'espace d'entrée (16) est séparé de l'espace intérieur (18) de la boîte à eau (5) par une paroi d'étranglement (19), qui libère une section transversale d'écoulement plus petite que la section transversale d'écoulement de la tubulure d'arrivée (10), et que le réservoir d'expansion (7) est relié, au niveau de sa partie inférieure, à l'espace intérieur (18) de la boîte à eau (5), par l'intermédiaire d'une ouverture (26), qui débouche en arrière de la paroi d'étranglement (19) dans la direction d'écoulement. 2. Échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace d'entrée en arrière de la tubulure d'arrivée (10) est réalisé sous la forme d'un puits (16), qui s'étend jusque dans la zone de l'espace intérieur (18) de la boîte à eau (5), mais est séparé de cet espace intérieur, par la paroi d'étranglement (19). - 3. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi d'étranglement (19) est une paroi de séparation, qui est disposée transversalement par rapport à l'axe longitudinal (20) de la boîte à eau (5) et fait saillie en direction de la plaque porte-tubes (4), et qui débouche à une distance déterminée (a), qui détermine la section transversale d'écoulement, en-deçà de la plaque porte-tubes (4). 4. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le canal (22), qui relie le puits (16) au réservoir d'expansion (7), est formé par une paroi (21) qui s'étend parallèlement à la paroi extérieure (7b) du réservoir d'expansion (7) et est fabriqué d'un seul tenant avec le réservoir d'expansion (7) et le puits (16). 5. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tubulure d'arrivée (10) est montée latéralement sur le réservoir d'expansion (7). 6. Échangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réservoir d'expansion (7) possède une surface de séparation (8), qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal (20) de la boîte à eau (5) et sur laquelle est soudé un couvercle de fermeture (9) comportant la tubulure d'arrivée (10). 7. Échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la tubulure d'évacuation (12) pour le fluide de refroidissement est montée sur la face inférieure de la boîte à eau (6), équipée du réservoir d'expansion (7).