Brevet FR2897676A1 — publié le 20070824

L'invention se rapporte à un échangeur thermique destiné à être implanté dans une boucle de refroidissement d'un moteur à combustion interne doté d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Pour rendre plus efficace la recirculation d'une partie des gaz d'échappement dans le circuit d'admission d'un moteur, en vue notamment de la réduction des émissions des oxydes d'azote, un refroidissement des gaz d'échappement circulés, dits EGR, par le liquide de refroidissement du moteur est io généralement prévu. A cet effet et de manière classique, un échangeur de chaleur gaz recirculés/liquide caloporteur est alimenté avec du liquide de refroidissement en sortie du moteur par un piquage sur le boîtier de sortie d'eau du moteur, en amont du thermostat. is Cependant, ces systèmes connus ne sont pas satisfaisants dans certaines situations de fonctionnement du moteur, la température des gaz d'échappement recirculés étant mal maîtrisée. En particulier, lorsque la température du moteur augmente, le liquide de refroidissement atteint un débit 20 et des températures élevés qui remettent en cause le refroidissement des gaz d'échappement recirculés et par conséquent la réduction des oxydes d'azote. L'invention décrite dans le document FR0550416 apporte une solution à la problématique de maîtrise de la température 25 du liquide de refroidissement du moteur qui circule dans l'échangeur de chaleur gaz circulés/liquide caloporteur. Tel que décrit sur la figure 2 de l'art antérieur FR0550416, on a représenté un moteur 2 à combustion interne dont les gaz d'échappement EGR sont recirculés vers le conduit 30 d'admission des gaz d'échappement issus de la combustion dans les cylindres. Pour ce faire, une dérivation non représentée sur la figure 2 permet de faire recirculer une fraction des gaz d'échappement au niveau de l'admission. L'art antérieur FR0550416 décrit aussi une boucle 14 qui contient un échangeur 4 liquide caloporteur/gaz d'échappement recirculés EGR et qui est raccordée en parallèle à une autre boucle 13 directement sur le corps d'un échangeur thermique 3. La boucle 13 est la boucle de refroidissement du moteur 2. Tel que décrit sur la figure 2, les deux extrémités de la io seconde boucle 14 sont raccordées directement sur l'échangeur thermique 3, de façon à relier les entrée 11 et sortie 12 de l'échangeur 4 liquide caloporteur/gaz d'échappement recirculés avec respectivement les sortie 6 et entrée 50 de l'échangeur thermique 3. De cette manière, le is liquide de refroidissement venant du moteur 2 se refroidit d'abord dans l'échangeur thermique 3 avant de traverser l'échangeur 4 pour refroidir les EGR. La circulation dans les boucles 13 et 14 est contrôlée par les pompes respectivement 10 et 5. Une vanne thermostat 17 20 permet d'ouvrir et de fermer la circulation dans la boucle 13 selon que le moteur nécessite ou pas d'être refroidi. Un dispositif équivalent peut être présent dans la boucle 14. L'échangeur thermique 3 est en fait un radiateur composé de deux boîtiers 8 et 9 et d'un faisceau 7 formant une surface 25 d'échange thermique. Le raccord direct de la boucle 14 sur l'échangeur 3, et non par piquage sur la boucle 13, permet ainsi, de repousser à des régimes supérieurs les points de fonctionnement à risque. C'est à dire que, quand il est nécessaire d'augmenter le débit dans la boucle 13 par ce que 30 le moteur a davantage besoin d'être refroidi, il n'y a pas de risque de voir s'inverser le débit dans la boucle 14. Ainsi, il n'est pas nécessaire de rajouter dans la boucle 14 un clapet anti-retour ou bien de recourir à une pompe 5 à haut rendement. On constate aussi dans l'invention décrite dans l'art antérieur FR0550416 une réduction très importante des pertes de charge aux extrémités de la seconde boucle 14. Toutefois, la solution proposée dans l'art antérieur FR0550416 pose le problème de la compartimentation dans l'échangeur 3. Plus précisément, et tel que décrit sur la figure 2 du présent document, il apparaît que l'échangeur 3 est io cloisonné en deux parties. En d'autres termes, le liquide de refroidissement venant du moteur 2 entre dans le boîtier 8 par l'embout d'entrée 15 pour être refroidi dans une partie du faisceau 7 par échange thermique avec l'air puis retourner via l'embout de sortie 16 dans la boucle 13 de refroidissement du is moteur 2. Parallèlement le liquide de refroidissement des gaz d'échappement circulés EGR entre via l'embout d'entrée 50 dans le boîtier 8 pour être également refroidi dans l'autre partie du faisceau 7 par échange thermique avec l'air puis retourner via l'embout de sortie 6 dans la boucle 14 de 20 refroidissement des EGR. Ce cloisonnement est dû principalement à la disposition des embouts 6, 15, 16, 50 qui empêche le mélange des fluides dans les boîtiers 8 et 9. La disposition des embouts 6, 15, 16, 50 dans l'art antérieur FR0550416 est consécutive au rajout des embouts 50 et 6 aux 25 extrémités des boîtiers 8 et 9 de manière à avoir une architecture du moteur la plus compacte possible. Le cloisonnement a pour conséquence de réduire la surface d'échange thermique dédiée au refroidissement du liquide de refroidissement venant du moteur. Le refroidissement du 30 moteur devient ainsi insuffisant à des régimes élevés. C'est pourquoi, notre invention a pour finalité de pallier tout ou partie des inconvénients développés précédemment. Plus précisément, l'invention a pour objet un échangeur thermique comportant au moins un faisceau formant une surface d'échange thermique, un boîtier d'entrée de fluide muni d'un premier et second embout d'entrée raccordant respectivement l'échangeur à une première boucle d'échange thermique pour refroidir un moteur à combustion interne et à une seconde boucle d'échange thermique pour refroidir les io gaz d'échappement recirculés, un boîtier de sortie de fluide muni d'un premier et second embout de sortie raccordant respectivement l'échangeur aux boucles d'échange thermique, caractérisé en ce que l'ensemble des quatre embouts sont disposés de manière à augmenter le refroidissement du fluide is issu de la boucle de refroidissement du moteur lors de son passage dans l'échangeur. Selon certaines caractéristiques, la distance entre les embouts d'un même boîtier est inférieure au tiers de la longueur dudit boîtier. 20 Selon d'autres caractéristiques, les embouts d'entrée et de sortie d'une même boucle d'échange thermique forment les sommets opposés d'un quadrilatère constitué par l'ensemble des quatre embouts. Selon d'autres caractéristiques, un conduit prolonge l'un 25 des deux embouts d'entrée à l'intérieur du boîtier d'entrée de telle manière que l'extrémité libre dudit conduit est à une distance de l'autre embout d'entrée inférieure au tiers de la longueur dudit boîtier. Selon d'autres caractéristiques, un conduit prolonge l'un des deux embouts de sortie à l'intérieur du boîtier de sortie de telle manière que l'extrémité libre du conduit est à une distance de l'autre embout de sortie inférieure au tiers de la longueur dudit boîtier. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique d'un circuit io de refroidissement d'un moteur à combustion interne issu de l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue schématique et de face d'un détail de la figure 1, illustrant un exemple de réalisation de l'échangeur thermique, issu de l'art antérieur, 15 - la figure 3 représente une vue schématique et de face, illustrant une variante de l'échangeur thermique, conforme à l'invention, - la figure 4 représente une vue schématique et de face, illustrant une autre variante de l'échangeur thermique, 20 conforme à l'invention, - la figure 5 représente une vue schématique et de face, illustrant une autre variante de l'échangeur thermique, conforme à l'invention. L'invention va maintenant être décrite plus en détail. 25 Toutefois, par souci de concision, le dispositif de régulation thermique issu de l'art antérieur et auquel s'applique l'invention ne sera pas redécrit dans la mesure où il a déjà été décrit dans le préambule de la description en rapport avec les figures 1 et 2. Il est également nécessaire de préciser que le dispositif de régulation thermique selon l'art antérieur représenté à la figure 1 comprend également une troisième boucle 19 facultative raccordée en parallèle aux première 13 et seconde 14 boucles du circuit 1. La troisième boucle 19 comprend un échangeur 18 liquide de refroidissement/air tel qu'un aérotherme destiné, par exemple, à céder des calories à un volume tel qu'un habitacle de véhicule. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un échangeur thermique 3 du type radiateur conforme à io l'invention. Tout comme dans l'art antérieur, le radiateur 3 comporte un faisceau 7 formant une surface d'échange thermique, un boîtier d'entrée 8 de fluide muni de deux embouts 15 et 50 et un boîtier de sortie 9 de fluide muni de deux embouts 6 et 16. Les embouts 15 et 16 raccordent le is radiateur 3 à une première boucle 13 de refroidissement du moteur. Les embouts 50 et 6 raccordent le radiateur 3 à une seconde boucle 14 de refroidissement dédiée aux gaz d'échappement recirculés. Ainsi, lorsque les boucles 13 et 14 sont en fonctionnement, le liquide de refroidissement entre 20 dans le boîtier 8 en provenance de la boucle 13 via l'embout 15 et en provenance de la boucle 14 via l'embout 50. La température du fluide de refroidissement issus de la boucle 13 est nettement supérieure à celle du fluide issu de la boucle 14. Conformément à la variante du radiateur décrite à la figure 25 3 et contrairement à l'art antérieur, les embouts 15 et 50 sont proches et plus précisément leur écartement est inférieur à L/3, L étant la longueur du boîtier 8. De ce fait, les fluides issus des boucles 13 et 14 qui sont de températures différentes se mélangent dans le boîtier 8 à une température 30 inférieure à celle du fluide issu de la boucle 13. Ainsi, le fluide qui repart via l'embout de sortie 16 dans le circuit de refroidissement du moteur après avoir été encore refroidit dans le faisceau 7 est à une température suffisamment refroidie. Conformément à la variante du radiateur décrite à la figure 4, les embouts 15, 50, 16 et 6 forment les sommets d'un quadrilatère dans lequel les sommets 15 et 16 sont opposés. De cette façon, lorsque le fluide issu de la boucle 14 arrive dans le boîtier 8 via l'embout 50, il ne se mélange pas au fluide issu de la boucle 13, mais traverse le faisceau 7. Ainsi refroidi et compte tenu du positionnement des embouts 15, 50, io 16 et 6, il repart dans la boucle 13 via l'embout de sortie 16. De ce fait, le refroidissement du fluide dédié à la boucle 13 est privilégié dans le radiateur 3. Conformément à la variante du radiateur décrite à la figure 5, le piquage de la boucle 14 se prolonge dans le boîtier is 8 par un conduit 51 dont l'une de ses extrémités 52 est proche de l'embout 15 et dont l'autre extrémité est l'embout 50. Dans ce cas le rapprochement de l'extrémité 52 avec l'embout 15 permet de mélanger les fluides dans le boîtier d'entrée 8 tout comme dans la variante décrite en figure 3. De cette manière, 20 l'implantation des embouts 15 et 50 reste identique à celle présentée dans l'art antérieur et ne suscite donc pas de reconception majeure de l'architecture du bloc moteur. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique (3) comportant au moins un faisceau (7) formant une surface d'échange thermique, un boîtier d'entrée (8) de fluide muni d'un premier (15) et second (50) embout d'entrée raccordant respectivement l'échangeur (3) à une première boucle (13) d'échange thermique pour refroidir un moteur (2) à combustion interne et à une seconde boucle d'échange thermique pour refroidir les gaz d'échappement recirculés, un boîtier de sortie (9) de fluide muni d'un premier (16) et second (6) embout de sortie raccordant respectivement l'échangeur (3) aux boucles (13, 14), caractérisé en ce que les embouts (15, 50, 5, 16) sont disposés de manière à augmenter le refroidissement du fluide issu de la boucle (13) lors de son passage dans l'échangeur (3). 2. Echangeur thermique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre les embouts d'un même boîtier (8, 9) est inférieure au tiers de la longueur dudit boîtier. 3. Echangeur thermique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les embouts d'entrée et de sortie d'une même boucle d'échange thermique forment les sommets opposés d'un quadrilatère constitué par les quatre embouts. 4. Echangeur thermique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit (51) prolonge l'un des deux embouts d'entrée (15, 50) à 25 l'intérieur du boîtier d'entrée (8) de telle manière que l'extrémité libre (52) 9 du conduit (51) est à une distance inférieure à L/3 de l'autre embout d'entrée, L étant la longueur du boîtier (8). 5. Echangeur thermique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit (51) prolonge l'un des deux embouts de sortie (16, 6) à l'intérieur du boîtier de sortie (9) de telle manière que l'extrémité libre (52) du conduit (51) est à une distance inférieure à L/3 de l'autre embout de sortie, L étant la longueur du boîtier (9).