Brevet FR2774635A1 — publié le 19990813

Dispositif de refroidissement du carburant d'un moteur de véhicule automobile L'invention concerne un dispositif de refroidissement du carburant d'un moteur, notamment d'un moteur diesel, de véhicule automobile. Le dispositif de refroidissement de l'invention est propre à faire partie d'un circuit de carburant comprenant un réservoir, des moyens d'injection et une ligne de retour pour acheminer dans le réservoir le carburant en excès issu des moyens d'injection. Dans certains types de moteurs, notamment les moteurs diesel à injection directe sous haute pression, il est nécessaire de refroidir le carburant en excès qui n'est pas injecté dans le moteur et qui est acheminé vers le réservoir par la ligne de retour. En effet, le carburant peut être échauffé de façon importante du fait du cisaillement qu'il subit au cours de sa détente en sortie de la pompe d'injection. Une température trop élevée du carburant n'est pas compatible avec les matériaux utilisés pour les pompes et le réservoir. I1 a déjà été proposé pour cela de refroidir le carburant par un échangeur de chaleur de type air/carburant intégré sur la ligne de retour et propre à être disposé sous la caisse du véhicule. La ventilation de l'échangeur est alors assurée par la vitesse du véhicule, ce qui permet de refroidir le carburant avant son retour vers le réservoir. Dans une solution proposée, cet échangeur de chaleur est réalisé sous la forme d'un simple tube en serpentin intégré sur la ligne de retour. Malheureusement, cette solution n'assure qu'un faible refroidissement. Par conséquent, si l'on veut accroître les performances thermiques de ce tube en serpentin, il est nécessaire de l'allonger considérablement, ce qui crée alors des pertes de charge. I1 a été proposé aussi de munir le tube en serpentin d'une multiplicité de fines ailettes métalliques disposées parallèlement entre elles et perpendiculairement au tube. Cette solution permet, certes, d'accroître les performances thermiques de l'échangeur, mais elle augmente la fragilité de l'échangeur. Cette solution n'est donc pas acceptable du fait que l'échangeur est disposé sous la caisse du véhicule et donc exposé à des chocs ou des projections. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet un dispositif du type défini en introduction, comprenant un échangeur de chaleur de type air/carburant intégré sur une ligne de retour de carburant vers un réservoir de carburant et propre à être disposé sous la caisse du véhicule. Selon une définition générale de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une plaque métallique du type persienne, munie d'ouvertures entourées par des ailettes, et comportant au moins un tube de circulation du carburant. Ainsi, le dispositif comprend au moins un tube porté par une plaque métallique du type persienne, c'est-à-dire une plaque métallique monobloc ajourée par des ouvertures entourées par des ailettes. Une telle plaque métallique offre notamment l'avantage de combiner une bonne solidité mécanique et de bonnes performances thermiques, en augmentant notablement la surface d'échange de chaleur du ou des tubes qu'elle supporte. Dans une première forme de réalisation de l'invention, la plaque métallique comporte un tube en serpentin, rapporté sur ladite plaque. Ce tube en serpentin est avantageusement brasé sur la plaque métallique. Ce tube en serpentin est avantageusement muni d'une tubulure d'entrée et d'une tubulure de sortie qui débouchent d'un même côté de la plaque métallique. Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, la plaque métallique comprend des canaux ouverts conformés et est munie d'un couvercle métallique rapporté pour fermer les canaux et délimiter ainsi des tubes de circulation du carburant. Ainsi, les tubes sont formés directement dans la plaque métallique et sont fermés par un couvercle métallique rapporté. Dans cette forme de réalisation de l'invention, on prévoit avantageusement que les ouvertures et les ailettes de la plaque métallique sont formées dans des régions comprises entre les canaux. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce couvercle métallique est une plaque comportant des parties pleines propres à fermer les canaux et des parties découpées situées en vis-à-vis des ouvertures et des ailettes. De façon avantageuse, les canaux sont parallèles et s'étendent entre deux extrémités opposées de la plaque métallique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le couvercle métallique comporte deux régions d'extrémité, conformées pour définir, conjointement avec la plaque métallique, deux boîtes collectrices munies de tubulures pour l'entrée et la sortie du carburant. Dans cette deuxième forme de réalisation de l'invention, le couvercle métallique est avantageusement brasé sur la plaque métallique. Le cas échéant, le dispositif peut comprendre au moins une cloison prévue dans un canal pour permettre au carburant de circuler dans les tubes en une ou plusieurs passes. Dans les différentes formes de réalisation de l'invention, la plaque métallique est avantageusement formée par emboutissage et découpage d'une tôle métallique, en particulier d'une tôle en aluminium. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de refroidissement de carburant selon l'invention intégré dans un circuit de carburant de véhicule automobile - la figure 2 est une vue en perspective de dessus d'un dispositif de refroidissement selon une première forme de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en perspective de dessous d'un dispositif de refroidissement selon une deuxième forme de réalisation de l'invention - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne V-V de la figure 4. La représentation schématique de la figure 1 montre un véhicule automobile 1 animé par un moteur 2, dans l'exemple du type diesel, muni de moyens d'injection 3. Le véhicule comprend un circuit de carburant qui comporte, pour l'essentiel, un réservoir 4 destiné à être rempli de gazole, une ligne d'alimentation 5 allant du réservoir aux moyens d'injection 3 et une ligne de retour 6 allant des moyens d'injection 3 au réservoir 4. Le circuit comprend en outre d'autres composants (pompe, filtre, etc.) qui ne sont pas représentés à des fins de simplification. Sur la ligne de retour 6 est intégré un échangeur de chaleur 7 de type air/carburant disposé sous la caisse du véhicule et servant au refroidissement du carburant. En effet, les moyens d'injection 3 sont prévus pour injecter dans le moteur 2 un carburant à très haute pression. Le carburant en excès qui retourne vers le réservoir 4 à température élevée risquerait, s'il n'était pas refroidi, d'endommager certains composants du circuit. L'échangeur 7 est ainsi balayé par un flux d'air F résultant de la vitesse du véhicule. Dans la forme de réalisation de la figure 2, l'échangeur de chaleur 7 comprend une plaque métallique 8 du type persienne réalisée en une seule pièce par emboutissage et découpage d'une tôle métallique, avantageusement à base d'aluminium. Cette tôle métallique 8 comprend un fond plat 9 de forme générale rectangulaire entouré, sur trois côtés, par deux bords relevés longitudinaux 10 et 11, parallèles entre eux, et par un bord transversal 12. Sur la plaque métallique 8 est rapporté, par brasage, un tube 13 de circulation de carburant, réalisé en serpentin. Ce tube en serpentin comprend quatre branches 14, 15, 16 et 17 parallèles entre elles, les branches 14 et 17 étant situées respectivement contre les bords relevés 10 et 11. Ces branches sont reliées d'un côté par deux coudes 18 et d'un autre côté par un coude 19 et par un coude 20 s'étendant le long du bord relevé 12. Le tube est muni de deux extrémités 21 et 22, formant tubulures, servant respectivement à l'entrée et à la sortie du carburant (ou inversement). Ces deux tubulures débouchent d'un même côté de la plaque métallique, c'est-à-dire du côté du bord relevé 10. Ces tubulures passent par une découpe du bord relevé 10 et sont protégées par un boîtier 23. Des agrafes, 24 obtenues par découpage et repliage des bords relevés 10 et 11 contribuent au maintien du tube en serpentin 13. Le fond 8 de la plaque 7 est ajouré à la manière d'une persienne et comporte des ouvertures 25 entourées par des ailettes 26. Les ouvertures et les ailettes sont formées dans des régions du fond 8 en dehors des branches 14, 15, 16 et 17 du tube. De plus, le fond 8 comporte trois ouvertures 27 destinées à la fixation du dispositif sous la caisse du véhicule, de préférence par l'intermédiaire de blocs amortisseurs. Le dispositif des figures 3 à 5 comprend également une plaque métallique 28 du type persienne, présentant une forme générale rectangulaire et obtenue par emboutissage et découpage d'une tôle métallique, de préférence à base d'aluminium. La plaque métallique 28 comprend un fond rectangulaire dans lequel sont conformés directement des canaux ouverts 29 à section en forme de U. Ces canaux ouverts 29, au nombre de 7 dans l'exemple, s'étendent parallèlement entre eux et parallèlement à deux bords relevés longitudinaux 30 (figure 5) qui bordent le fond de la plaque métallique 8. Dans les régions comprises entre les canaux sont prévues des ouvertures 31 entourées par des ailettes 32 et définissant des passages d'air à la manière d'une persienne. Seule une partie des ailettes est représentée sur la figure 3. Le fond de la plaque métallique 28 comporte par ailleurs quatre trous 33 (figure 3) servant à la fixation du dispositif sous la caisse du véhicule. Le dispositif comprend en outre un couvercle métallique 34 rapporté sur la plaque métallique 28 pour fermer les canaux 29 et délimiter ainsi des tubes de circulation 35 (figure 5) qui s'étendent parallèlement entre eux et entre deux extrémi tés opposées 36 et 37 de la plaque métallique. Le couvercle 34 comporte des parties pleines 38 propres à fermer les canaux 29 et des parties découpées 39 situées en vis-à-vis des ouvertures 31 et des ailettes 32 (figure 4). Le couvercle 34 est formé d'une tôle métallique emboutie et découpée, avantageusement à base d'aluminium, qui présente une forme générale rectangulaire et qui est destinée à être rapportée sur la plaque métallique 28, en venant s'encastrer entre les bords relevés 30 de cette dernière (figure 5). La plaque métallique 28 et le couvercle métallique 34 sont assemblés entre eux par brasage pour constituer un ensemble unitaire. Le couvercle métallique comporte deux régions d'extrémités 41 et 42 conformées pour définir, conjointement avec la plaque métallique, deux boîtes collectrices 43 et 44 (figure 4) munies respectivement de deux tubulures 45 et 46 pour l'entrée et la sortie du carburant. Dans la forme de réalisation représentée aux figures 3 à 5, les canaux permettent une circulation du carburant en une seule passe, d'une extrémité à l'autre. Autrement dit, la circulation du carburant s'effectue dans des tubes en parallèle. Il est possible aussi de définir d'autres modes de circulation en plusieurs passes, à condition de prévoir une ou plusieurs cloisons dans un tube et/ou une boîte collectrice pour permettre une circulation en une ou plusieurs passes. L'invention permet ainsi de réaliser un dispositif de refroidissement de conception robuste et de performances thermiques élevées par unité de surface. Bien entendu, l'invention est susceptible de nombreuses variantes en ce qui concerne la structure de la plaque métallique du type persienne et du ou des tubes qu'elle comporte. Revendications 1. Dispositif de refroidissement du carburant d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un échangeur de chaleur (7) de type air/carburant propre à être intégré sur une ligne de retour (6) de carburant vers un réservoir de carburant (4) et propre à être disposé sous la caisse du véhicule, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend une plaque métallique (8 ; 28) du type persienne, munie d'ouvertures (25 ; 31) entourées par des ailettes (26 ; 32) et comportant au moins un tube (13 ; 35) de circulation du carburant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque métallique (8) comporte un tube en serpentin (13) rapporté sur ladite plaque. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube en serpentin (13) est brasé sur la plaque métallique (8). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le tube en serpentin (13) est muni d'une tubulure d'entrée (21) et d'une tubulure de sortie (22) qui débouchent d'un même côté de la plaque métallique. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque métallique (28) comprend des canaux ouverts conformés (29) et est munie d'un couvercle métallique rapporté (34) pour fermer les canaux et délimiter ainsi des tubes (35) de circulation du carburant. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ouvertures (31) et les ailettes (32) de la plaque métallique (28) sont formées dans des régions comprises entre les canaux (29). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le couvercle métallique (34) est une plaque comportant des parties pleines (38) propres à fermer les canaux (29) et des parties découpées (39) situées en visà-vis des ouvertures (31) et des ailettes (32). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les canaux (29) sont parallèles et s'étendent entre deux extrémités opposées (36, 37) de la plaque métallique (28). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le couvercle métallique (34) comporte deux régions d'extrémité (41, 42) conformées pour définir, conjointement avec la plaque métallique (28), deux boîtes collectrices (43, 44) munies de tubulures (45, 46) pour l'entrée et la sortie du carburant. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le couvercle métallique (34) est brasé sur la plaque métallique (28. 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cloison prévue dans un canal (29) pour permettre au carburant de circuler dans les tubes en une ou plusieurs passes. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la plaque métallique (8 ; 28) est formée par emboutissage et découpage d'une tôle métallique, en particulier d'une tôle en aluminium.