Brevet FR2764054A1 — publié le 19981204

Echanaeur de chaleur, en particulier refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, et procédé de fabrication L'invention concerne un échangeur de chaleur propre à être réalisé en particulier sous la forme d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile. Elle concerne également un procédé de fabrication de cet échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur de l'invention est du type comprenant un faisceau de tubes à ailettes et une plaque collectrice dans laquelle sont ménagés des trous entourés chacun par un collet propre à recevoir une extrémité de tube en vue d'une liaison par brasage, et dans lequel chaque collet présente un bord annulaire tourné du côté des ailettes. Dans les échangeurs de chaleur connus de ce type, la plaque collectrice est coiffée par une boîte collectrice de manière à procurer une chambre propre à être parcourue par un fluide qui circule également dans les tubes du faisceau. Dans le cas particulier d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile, ces tubes sont parcourus par un fluide chaud constitué par les gaz d'échappement du moteur du véhicule. Ces gaz chauds sont refroidis par échange thermique avec un autre flux d'air à température ambiante qui balaye le faisceau. Les extrémités des tubes du faisceau sont reliées par brasage aux collets de la plaque collectrice. Il est connu pour cela d'évaser les extrémités des tubes de manière à pouvoir y introduire les collets correspondants de la plaque collectrice. Cette solution nécessite par conséquent une opération d'évasage des extrémités des tubes. Une autre solution consiste à introduire les extrémités des tubes à l'intérieur des collets. Toutefois, pour réaliser une bonne liaison par brasage entre les extrémités des tubes et les collets correspondants, il est généralement nécessaire d'introduire les extrémités des tubes au-delà du plan de la plaque collectrice, ce qui crée des pertes de charge à la circulation du fluide. En outre, il est difficile de contrôler le degré d'introduction des extrémités des tubes à l'intérieur des collets pour permettre une bonne liaison par brasage. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le collet est conformé intérieurement de manière à présenter une partie conique d'entrée qui s'étend à partir du bord annulaire pour faciliter l'introduction de l'extrémité de tube, ainsi que des moyens de butée propres à servir d'appui à ladite extrémité de tube afin de limiter son introduction dans le collet. Ainsi, il est possible d'introduire facilement les extrémités de tubes dans les collets correspondants, tout en maîtrisant le degré d'introduction des extrémités de tubes dans les collets. En effet, les moyens de butée permettent de servir d'appui aux extrémités de tubes en fin d'introduction. Dans la présente description, l'expression "partie conique" entend désigner de façon générale une partie ayant sensiblement la forme d'un cône, d'un tronc de cône ou analogue, pour faciliter l'introduction et le guidage de l'extrémité de tube à l'intérieur du collet. Dans une première forme de réalisation de l'invention, les moyens de butée comprennent une saillie annulaire formée à l'intérieur du collet entre une partie amont du collet qui se raccorde à la partie conique et une partie aval du collet qui se raccorde à une face intérieure de la plaque collectrice. Cette saillie annulaire formée à la jonction de la partie amont et de la partie aval du collet forme un anneau de butée, continu ou discontinu, servant d'arrêt à l'extrémité de tube lors de son introduction dans le collet. Dans cette forme de réalisation, la partie amont et la partie aval ont de préférence des dimensions intérieures égales au niveau de la saillie annulaire. En d'autres termes, cela signifie que la partie amont et la partie aval ont pratiquement la même section transversale au niveau de la saillie annulaire. Dans cette forme de réalisation, la saillie annulaire est de préférence formée par une bavure obtenue lors de la conformation intérieure du collet, par poinçonnage et matriçage. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, la partie amont a des dimensions intérieures supérieures aux dimensions intérieures de la partie aval de manière à procurer un étagement formant la saillie annulaire. De préférence, cette saillie annulaire formée par étagement est obtenue lors de la conformation intérieure du collet par poinçonnage et matriçage. Quelle que soit la forme de réalisation de l'invention, il est préférable que la partie aval s'évase progressivement vers la face intérieure de la plaque collectrice. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que défini précédemment, dans lequel on soumet la plaque collectrice à une opération d'emboutissage pour former les trous et les collets et à une opération de poinçonnage pour former intérieurement le collet. L'opération de poinçonnage comprend avantageusement la conformation de la partie conique, de la partie amont, de la partie aval et de la saillie annulaire du collet. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'opération de poinçonnage comprend aussi une opération de matriçage. Pour cela, il est prévu avantageusement que l'opération de poinçonnage comprenne l'utilisation d'un poinçon et d'un contre-poinçon déplacés axialement l'un vers l'autre, le poinçon étant propre à conformer la partie conique et la partie amont à l'intérieur du collet et le contre-poinçon étant propre à conformer la partie aval du collet. Selon une autre caractéristique de l'invention, la saillie annulaire est alors obtenue par coopération du poinçon et du contre-poinçon. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 1 après formation d'un trou par emboutissage - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 dans une opération subséquente avant poinçonnage - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 en fin de poinçonnage - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 après poinçonnage - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 après mise en place d'une extrémité de tube venant en butée - la figure 7 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 4 dans une autre forme de réalisation de l'invention utilisant un poinçon et un contre-poinçon de structure différente - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7 après enlèvement du poinçon et du contre-poinçon ; et - la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8 après introduction d'une extrémité de tube. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 disposés parallèlement entre eux. Le faisceau comprend aussi des ailettes 14 réalisées sous la forme d'intercalaires ondulés et disposées entre les tubes. Les tubes 12 et les ailettes 14 sont avantageusement réalisés en aluminium ou en alliage à base d'aluminium et solidarisés entre eux par brasage. Les tubes 12 ont des extrémités respectives 16 introduites dans des trous 18 d'une plaque collectrice 20. Les trous 18 sont entourés par des collets 22 dirigés du côté des ailettes 14 et présentant chacun un bord annulaire 24. La plaque collectrice 20 est coiffée par une boîte collectrice 26 de manière à définir conjointement une chambre interne 28 qui communique avec les tubes 12 du faisceau. Dans le cas d'un refroidisseur d'air de suralimentation pour un moteur de véhicule, la chambre 28 est alimentée par l'air de suralimentation comprimé par le turbo compresseur et cet air parcourt ensuite les tubes 12 pour être refroidi par échange thermique avec un flux d'air balayant le faisceau 10. Les extrémités 16 des tubes 12 sont introduites dans les collets 22 puis solidarisées à ces derniers par brasage. I1 est à noter que les tubes 12 ont des extrémités opposées (non représentées) reliées à une autre boîte collectrice similaire, également non représentée. On se réfère maintenant aux figures 2 à 6 pour décrire plus particulièrement la fabrication de la plaque colleatrice et la mise en place des extrémités des tubes. Comme montré à la figure 2, la plaque collectrice 20 est tout d'abord soumise à une opération d'emboutissage de manière à former des bossages 30 et des avant-trous 32 à paroi généralement cylindrique (circulaire ou non circulaire) dirigée suivant un axe XX. La réalisation des avant-trous 32 peut se faire en même temps ou après celle des bossages 30 par des outils appropriés. Ensuite, on utilise un poinçon 34 et un contre-poinçon 36 déplaçables axialement et en opposition suivant la direction de l'axe XX (figure 3). Le poinçon 34 et le contre-poinçon 36 sont disposés respectivement du côté convexe et du côté concave de la plaque collectrice 20, c'est-à-dire respectivement du côté d'une face extérieure 38 et d'une face intérieure 40 de la plaque collectrice. Le poinçon 34 comporte un corps 42 prolongé par une partie tronconique 44 et par une partie terminale 46 dont les parois sont sensiblement parallèles à l'axe XX. Cette partie terminale aboutit à une face d'extrémité 48 de forme conique évasée. Le contre-poinçon 36 comporte un corps 50 muni d'une partie évasée 52 aboutissant à une face d'extrémité 54 dont les dimensions correspondent approximativement à celles de la face d'extrémité 48. Le poinçon 34 et le contre-poinçon 36 sont rapprochés l'un de l'autre dans la direction de l'axe XX ce qui permet d'aboutir à une position de butée des faces 48 et 54, comme montré à la figure 4. La partie tronconique 44 du poinçon 34 permet de former une partie conique 56, ou plus exactement tronconique, qui s'étend à partir du bord annulaire 24. La partie terminale 46 permet de conformer une partie amont 58 qui prolonge la partie conique 56 (figure 5). Par ailleurs, la partie évasée 52 du contre-poinçon 36 permet de former une partie aval évasée 60 du côté de la face intérieure 40 de la plaque collectrice 20. Du fait que la face d'extrémité 48 du poinçon 34 se termine par une pointe évasée, alors que la face d'extrémité 54 du contre-poinçon 50 est généralement plane, les deux faces d'extrémités 48 et 54 ne peuvent venir au contact que dans une partie centrale, et non pas à la périphérie. I1 en résulte la formation d'une saillie annulaire 62 que l'on voit mieux sur la figure 5, qui est constituée en fait par une bavure formée par matriçage lors du poinçonnage. Cette saillie annulaire 62 constitue une butée intérieure du collet. Pour assembler le tube à la plaque collectrice, l'extrémité 16 est présentée axialement en face du collet. La partie conique 56 permet de guider l'extrémité du tube qui est ensuite reçue dans la partie amont 58 jusqu'à ce que l'extré- mité proprement dite vienne en butée contre la saillie annulaire 62. Ainsi, l'introduction de l'extrémité du tube à l'intérieur du collet est parfaitement maîtrisée, ce qui empêche aussi le tube de dépasser exagérément dans la chambre 28 et de créer des pertes de charge. Il suffit ensuite de procéder à une opération de brasage pour réaliser la liaison entre l'extrémité du tube et l'intérieur du collet. L'opération de brasage est généralement effectuée dans un four pour braser, éventuellement en une seule opération, tous les composants de l'échangeur de chaleur. On se réfère maintenant aux figures 7 à 9 pour déorire une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, on utilise également un poinçon 134 et un contre-poinçon 136 qui s'apparentent au poinçon 34 et au contre-poinçon 36 de la figure 3. Ces deux poinçons comportent des composants analogues à ceux des poinçons 34 et 36, les éléments analogues étant désignés par la même référence numérique augmentée de 100. Le poinçon 134 possède ainsi un corps 142 prolongé par une partie tronconique 144 et une partie terminale 146 terminée par une face d'extrémité 148, laquelle est plane (figure 7). Le contre-poinçon 136 possède un corps 150 terminé par une partie évasée 152 aboutissant à une face d'extrémité 154. La face d'extrémité 154 est plane et possède des dimensions inférieures à celles de la face d'extrémité 148 du poinçon. Il en résulte que, lorsque le poinçon 134 et le contrepoinçon 136 sont rapprochés l'un de l'autre, il se forme une saillie annulaire 162 constituée ici par un épaulement ou étagement, et non par une bavure comme dans la forme de réalisation précédente. Cet épaulement 162 est mieux visible sur la figure 8. I1 forme une transition entre la partie amont 58 et la partie aval 160. L'introduction de l'extrémité du tube s'effectue ensuite de la même manière que dans la forme de réalisation précédente, jusqu'à ce que l'extrémité du tube vienne en appui ou en butée contre la saillie annulaire 162 comme montré à la figure 9. Bien entendu, l'invention n'est pas limitées aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et est susceptible de nombreuses variantes. Ainsi, on comprendra qu'il est possible d'utiliser d'autres types de poinçons, du moment que la conformation intérieure du collet, notamment celle des moyens de butée, s'effectue par poinçonnage et matriçage. En outre, l'invention peut s'appliquer à d'autres types d'échangeurs de chaleur que des refroidisseurs d'air de suralimentation pour moteur de véhicule automobile. Revendications 1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes (12) à ailettes (14) et une plaque collectrice (20) dans laquelle sont ménagés des trous (18) entourés chacun par un collet (22 ; 122) propre à recevoir une extrémité (16) de tube en vue d'une liaison par brasage, et dans lequel chaque collet présente un bord annulaire (24) tourné du côté des ailettes (14), caractérisé en ce que le collet (22 ; 122) est conformé intérieurement de manière à présenter une partie conique d'entrée (56 ; 156) qui s'étend à partir du bord annulaire (24 ; 124) pour faciliter l'introduction de l'extrémité du tube (16), ainsi que des moyens de butée (62 ; 162) propres à servir d'appui à ladite extrémité de tube afin de limiter son introduction dans le collet (22 ; 122). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de butée comprennent une saillie annulaire (62 ; 162) formée à l'intérieur du collet (22 122) entre une partie amont (58 ; 158) du collet qui se raccorde à la partie conique (56 ; 156) et une partie aval (58) du collet qui se raccorde à une face antérieure (40) de la plaque collectrice. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie amont (58) et la partie aval (60) ont des dimensions intérieures égales au niveau de la saillie annulaire (60). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la saillie annulaire (60) est formée par une bavure obtenue lors de la conformation intérieure du collet (22) par poinçonnage et matriçage. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie amont a des dimensions intérieures supérieures aux dimensions intérieures de la partie aval de manière à procurer un étagement formant la partie annulaire (162). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la saillie annulaire (162) formée par un étagement est obtenue lors de la conformation intérieure du collet par poinçonnage et matriçage. 7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la partie aval (60 ; 160) s'évase progressivement vers la face intérieure (40). de la plaque collectrice (20). 8. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon lune des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on soumet la plaque collectrice (20) à une opération d'emboutissage pour former les trous (18) et les collets (22 ; 122) puis à une opération de poinçonnage pour conformer intérieurement les collets (22 ; 122). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'opération de poinçonnage comprend la conformation de la partie conique (56 ; 156), de la partie amont (58 ; 158), de la partie aval (60 ; 160) et de la saillie annulaire (62 162) du collet. 10. Procédé selon lune des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'opération de poinçonnage comprend aussi une opération de matriçage. 11. Procédé selon lune des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'opération de poinçonnage comprend l'utilise tion d'un poinçon (34 ; 134) et d'un contre-poinçon (36 136) déplacés axialement l'un vers l'autre, le poinçon étant propre à conformer la partie conique (56 ; 156) et la partie amont (58 ; 158) et le contre-poinçon étant propre à conformer la partie aval (60 ; 160) du collet. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la saillie annulaire (62 ; 162) est obtenue par coopération du poinçon et du contre-poinçon.