Brevet FR2878948A1 — publié le 20060609

1/9 Radiateur de refroidissement La présente invention se rapporte d'une manière générale à un échangeur de 5 chaleur, et, plus particulièrement, à un radiateur de refroidissement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Afin d'optimiser les échanges de chaleur dans ces radiateurs, il convient d'optimiser à la fois la circulation du fluide de refroidissement dans les tubes o constituant l'échangeur, ainsi que la circulation du fluide entourant lesdits tubes dudit échangeur. Dans ce but, deux types de systèmes peuvent être mis en place. D'une part, ces radiateurs sont généralement équipés, notamment, d'éléments (ailettes ou volets, par exemple) sertis ou brasés sur les tubes dans lesquels circule le fluide de refroidissement. Ces éléments ont pour but d'agir sur le débit de fluide (air ambiant, dans te cas d'un radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile) circulant autour desdits tubes afin d'optimiser les échanges thermiques. Toutefois, les conditions dans lesquelles les échanges thermiques doivent être maximaux conduisent également aux positions desdits éléments dans lesquelles la perte de charge que ceux-ci induisent est maximale (parcours maximal de l'air), et, par là, la traînée aérodynamique induite par lesdits éléments: on aura donc tout intérêt, afin de limiter au maximum les répercussions néfastes sur la consommation en carburant du véhicule, à pouvoir moduler le positionnement desdits éléments en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Ceci peut être réalisé, ainsi que le présente, par exemple et de manière non exhaustive, le document FR2603065, au moyen d'un dispositif dans lequel les variations de volume d'une cire en fonction de la température du fluide de refroidissement circulant dans les tubes de l'échangeur permettent, par l'intermédiaire d'une tringlerie appropriée, le déplacement d'un ensemble d'ailettes agissant sur le débit d'air circulant autour dudit échangeur. La cire peut être remplacée par 2/9 d'autres fluides dans des dispositifs similaires (voir, par exemple et de manière non limitative, le document FR 2639765), mais de tels systèmes présentent plusieurs inconvénients: coût élevé (tringlerie, actionneurs, système de pilotage... ), encombrement (tringlerie, actionneurs...), fiabilité incertaine (risque de grippage, notamment), risque de bruits perçus négativement par l'utilisateur du véhicule. D'autre part, des dispositifs appropriés permettent de contrôler la circulation du fluide de refroidissement au sein desdits radiateurs. Parallèlement aux solutions classiques de contrôle du débit du fluide de refroidissement au moyen de vannes appropriées pilotées, par exemple, par la température dudit fluide (voir, par exempte et de manière non exhaustive, les documents GB2193307 ou JP57018872), d'une mise en place relativement lourde et complexe (coût des composants, nombre d'éléments du dispositif, etc...), une autre solution consiste à agir sur le parcours du fluide de refroidissement à l'intérieur desdits tubes dudit échangeur. Le document US3601185, par exempte, présente ainsi un échangeur de chaleur dans lequel un certain nombre d'éléments perturbateurs permet d'agir sur les écoulements respectifs des fluides chaud et froid. L'inconvénient principal d'un tel dispositif, toutefois, est que le nombre, la forme, et les dimensions desdits éléments perturbateurs sont, le plus souvent, définis, au moment de la mise au point dudit radiateur, par rapport aux conditions de fonctionnement du moteur dans lesquelles la puissance d'échange doit être maximale. Pour les autres conditions de fonctionnement du moteur dans lesquelles la puissance d'échange nécessaire est plus faible, ceci se traduit par une perte de charge hydraulique non justifiée dans ledit radiateur, nécessitant des puissances de pompage dudit fluide de refroidissement surdimensionnées au regard du besoin réel, pénalisantes pour les performances globales du véhicule (coût des composants, consommation en carburant). D'une manière générale, les radiateurs de refroidissement équipant les véhicules automobiles actuels sont, le plus souvent, équipés à la fois d'éléments 3/9 sertis ou brasés sur l'extérieur dudit radiateur et d'éléments perturbateurs tels que décrits ci-dessus. II. est donc important de réaliser un dispositif ne cumulant pas les inconvénients de ces deux systèmes. La présente invention a ainsi pour but de proposer un radiateur de refroidissement à débit d'air variable, ne mettant en oeuvre aucun élément extérieur piloté, simple de réalisation, et d'un coût réduit. L'invention atteint son but grâce à un radiateur de refroidissement d'un moteur o à combustion interne d'un véhicule automobile comportant, notamment, un ensemble de tubes appropriés dans lesquels circule un premier fluide de refroidissement, dans lequel un second fluide circule autour desdits tubes, dans lequel la surface extérieure desdits tubes est équipée d'un ensemble d'éléments appropriés destinés à modifier l'écoulement dudit fluide annexe autour desdits tubes, caractérisé en ce que chacun desdits éléments appropriés est composé de deux parties accolées entre elles et réalisées dans deux matériaux différents. Avantageusement, lesdits éléments appropriés se présentent sensiblement sous 20 la forme de lames minces et lesdits matériaux présentent des coefficients de dilatation thermique très différents l'un de l'autre. Avantageusement, des éléments perturbateurs sont également insérés dans lesdits tubes, lesdits perturbateurs étant également composés des deux dits matériaux à coefficients de dilatation thermique très différents accolés entre eux. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits matériaux sont accolés entre eux par brasage. Dans des modes de réalisation alternatifs, lesdits matériaux sont accotés entre eux par collage, ou sont laminés simultanément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels: 4/9 la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un élément approprié placé à la surface extérieure d'un tube d'un radiateur de refroidissement selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un tube d'un radiateur de refroidissement selon l'invention, dans lequel ledit élément approprié rapporté à la surface dudit tube est dans une position où te débit d'air circulant autour dudit tube est petit (faible puissance d'échange), - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un tube d'un radiateur io de refroidissement selon l'invention, dans lequel ledit élément approprié rapporté à ta surface dudit tube est dans une position où le débit d'air circulant autour dudit tube est grand (forte puissance d'échange), la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un élément perturbateur inséré dans un tube d'un radiateur de refroidissement selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un tube d'un radiateur de refroidissement selon l'invention dans lequel des éléments perturbateurs sont insérés, présenté dans une position où le fluide circulant à l'intérieur dudit tube est froid, la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un tube d'un radiateur de refroidissement selon l'invention dans lequel des éléments perturbateurs sont insérés, présenté dans une position où le fluide circulant à l'intérieur dudit tube est chaud. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite dans son application à un radiateur de refroidissement d'un véhicule automobile constitué de tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement approprié et autour desquels circule l'air ambiant. Il est toutefois à noter que l'invention peut être appliquée à tout type de radiateur de refroidissement dans lequel un premier fluide circule dans un ensemble de tubes autour desquels circule un second fluide. 5/9 Selon un mode de réalisation connu dans l'état de la technique, les surfaces extérieures des tubes 1 d'un radiateur de refroidissement sont équipées d'éléments appropriés 2, classiquement sous la forme de plaques ou de lames minces, rapportées par sertissage ou brasage sur lesdites surfaces, et destinés à s modifier l'écoulement du fluide circulant autour desdits tubes (ici, l'air ambiant) afin d'optimiser les échanges thermiques. Pour plus de clarté, la description qui suit ne concernera qu'un unique tube 1 d'un radiateur de refroidissement selon l'invention équipé d'éléments 2, te raisonnement étant identique pour les autres tubes constituant ledit radiateur de refroidissement. o Dans le radiateur de refroidissement selon l'invention, et ainsi que le présente schématiquement ta figure 1, chacun desdits éléments 2 est constitué de deux lames minces 21 et 22 accolées, réalisées dans deux matériaux différents présentant des coefficients de dilatation thermique très différents: par exemple, le matériau constituant la lame mince 21 a un faible coefficient de dilatation thermique, et le matériau constituant la lame 22 présente un fort coefficient de dilatation thermique. Chacun desdits éléments 2 est, en outre, conformé de manière que le débit de fluide circulant autour du tube 1 (ici, l'air ambiant) soit faible lorsque ledit tube 1 est froid et qu'une faible puissance d'échange thermique est demandée (voir figure 2). Lorsque la température du fluide de refroidissement circulant à l'intérieur dudit tube 1 augmente, et ainsi que le présente la figure 3, la température de la surface extérieure dudit tube 1 augmente également, et, par conduction, il en est de même de celte de chacun desdits éléments 2. Chacune desdites lames minces 22, présentant un fort coefficient de dilatation thermique, se déforme alors de manière plus importante que chacune desdites lames minces 21 de chacun desdits éléments 2. Il en résulte une déformation globale de chacun desdits éléments 2, dont la forme autorise alors la circulation, autour dudit tube 1, d'un débit de fluide plus important. De manière similaire, un ensemble d'éléments perturbateurs 3 peut être inséré dans chacun des tubes 1, chacun desdits éléments perturbateurs 3 étant 6/9 constitué, de même que chacun desdits éléments 2, de deux lames minces 31 et 32 accolées, réalisées dans deux matériaux différents présentant des coefficients de dilatation thermique très différents (voir figure 4) : par exemple, le matériau constituant ladite lame 31 présente un faible coefficient de dilatation thermique, et le matériau constituant ladite lame 32 présente un fort coefficient de dilatation thermique. Lorsque la puissance d'échange thermique demandée augmente, les dilatations différentielles desdites lames 31 et 32 composant chacun desdits éléments perturbateurs 3 conduisent à des déformations de chacun desdits éléments 3, o permettant ainsi des variations de l'écoulement du fluide de refroidissement afin d'ajuster la puissance thermique, ainsi que le présentent les figures 5 et 6. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdites lames 21 et 22, ainsi que lesdites lames 31 et 32 sont accolées par brasage. Elles peuvent toutefois, de manière non limitative, également être collées entre elles, ou être simultanément laminées. Le radiateur de refroidissement ainsi obtenu permet donc, à ta fois, l'obtention d'un débit variable du fluide (ici, l'air ambiant) circulant autour desdits tubes le constituant, ainsi que l'adaptation de la perte de charge dans lesdits tubes (et, par là, de la puissance de pompage du fluide circulant dans lesdits tubes, et donc la puissance d'échange). Cette modulation de ces débits dépend directement des conditions de fonctionnement du moteur équipé dudit radiateur de refroidissement selon l'invention, et est, en outre, obtenue, sans adjonction d'éléments de pilotage externes audit radiateur de refroidissement. Cette possibilité de modulation se traduit immédiatement par une amélioration, notamment de la traînée aérodynamique induite par le système: des mesures effectuées avec différents radiateurs de refroidissement ont, en effet, permis de mettre en évidence une diminution du coefficient de traînée Cx qui, d'une valeur d'environ 0.73 pour un radiateur classique, passe à une valeur d'environ 0.69 pour un radiateur de refroidissement selon l'invention. 7/9 Revendications 1. Radiateur de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comportant, notamment, un ensemble de tubes (1) appropriés dans lesquels circule un premier fluide de refroidissement, dans lequel un second fluide circule autour desdits tubes (1), dans lequel la surface extérieure desdits tubes (1) est équipée d'un ensemble d'éléments appropriés (2) destinés à modifier l'écoulement dudit fluide annexe autour desdits tubes (1), caractérisé en ce que chacun desdits éléments appropriés (2) est composé de deux parties o (21) et (22) accolées entre elles et réalisées dans deux matériaux différents. 2. Radiateur de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parties (21) et (22) sont des lames minces. 3. Radiateur de refroidissement selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les matériaux constituant lesdites lames (21) et (22) présentent des coefficients de dilatation thermique très différents. 4. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un ensemble d'éléments perturbateurs (3) est inséré dans chacun desdits tubes (1), caractérisé en ce que chacun desdits éléments perturbateurs (3) est composé de deux parties (31) et (32) accolées entre elles et réalisées dans deux matériaux différents. 5. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Lesdites parties (31) et (32) sont des lames minces. 6. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les matériaux constituant lesdites lames (31) et (32) 30 présentent des coefficients de dilatation thermique très différents. 8/9 7. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites lames (21) et (22), d'une part, et lesdites lames (31) et (32), d'autre part, sont accolées entre elles par brasage. 8. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites lames (21) et (22), d'une part, et lesdites lames (31) et (32), d'autre part, sont accolées entre elles par collage. 9. Radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 6, caractérisé en ce que lesdites lames (21) et (22) , d'une part, et lesdites lames (31) et (32), d'autre part, sont réalisées par laminage simultané. 10. Véhicule automobile équipé d'un radiateur de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.