Brevet FR2908505A1 — publié le 20080516

"Echangeur thermique comportant des moyens de purge automatique" L'invention concerne un échangeur thermique comportant des moyens de purge automatique. L'invention concerne plus particulièrement un échangeur thermique, notamment destiné à refroidir l'air de suralimentation dans un moteur à combustion interne suralimenté de véhicule automobile, du type comportant au moins une première boîte à air, dite d'entrée, comportant un orifice d'entrée et une sortie et io une deuxième boîte à air, dite de sortie, comportant une entrée et un orifice de sortie, lesdites sortie de la boîte d'entrée et entrée de la boîte de sortie étant reliées par au moins un faisceau de tubes horizontaux dans lesquels circule un flux intérieur d'air destiné à être refroidi par un flux d'un fluide de refroidissement is circulant à l'extérieur des tubes du faisceau. Dans les moteurs à combustion interne suralimentés, il est connu d'utiliser des dispositifs de refroidissement ou "refroidisseurs", tels qu'un échangeur thermique ou de chaleur, pour refroidir l'air de suralimentation afin d'augmenter la 20 performance du moteur, de réduire la charge thermique du moteur, la température des gaz d'échappement, et par conséquent les émissions de NOx et la consommation de carburant. Dans un moteur à combustion interne suralimenté, l'air 25 admis est tout d'abord comprimé par le compresseur du turbocompresseur avant d'être ensuite refroidi par l'échangeur thermique destiné au refroidissement de l'air de suralimentation et finalement introduit par au moins une soupape d'admission dans chaque cylindre du moteur. 30 On a constaté que l'air de suralimentation traversant l'échangeur thermique présentait généralement en entrée de l'échangeur des impuretés ou saletés, en particulier de l'huile, cette pollution de l'air provenant de son passage en amont par le compresseur. 2908505 2 Cependant, la présence d'huile ou d'un fluide lubrifiant analogue est impérative pour assurer une lubrification, notamment au niveau des paliers du turbocompresseur en raison des vitesses de rotation particulièrement élevées atteintes en fonctionnement. 5 Or, les impuretés et/ou fines particules d'huile transportées par l'air de suralimentation à travers l'échangeur thermique sont susceptibles d'en affecter les performances. En effet, ces impuretés et tout particulièrement les fines particules d'huile provoquent, par accumulation au fil du temps, la io formation de bouchons pouvant conduire à une obstruction partielle ou totale d'une partie du faisceau, en particulier du tube horizontal le plus inférieur, et plus généralement à la formation d'un dépôt d'huile se concentrant principalement dans le fond de la boîte à air de sortie. 15 Ainsi, l'obstruction partielle ou totale du tube inférieur du faisceau est susceptible de dégrader de manière importante les performances de refroidissement de l'échangeur, notamment lorsque le nombre total de tube est limité, par exemple inférieur à dix. 20 C'est la raison pour laquelle, les échangeurs thermiques destinés à refroidir l'air de suralimentation sont généralement munis d'un dispositif de purge, tel qu'une vis de purge, pour vidanger manuellement l'échangeur en permettant l'élimination par gravité de l'huile accumulée dans l'échangeur, en particulier 25 celle déposée dans le fond de la boîte à air de sortie. Une telle opération de vidange de l'échangeur au moyen de la vis de purge est par exemple réalisée ponctuellement lors d'une opération programmée d'entretien du véhicule. Cependant, les opérations d'entretien sur les véhicules 30 sont aujourd'hui réalisées moins fréquemment qu'auparavant de sorte qu'il n'est notamment pas toujours possible de garantir un fonctionnement optimal de l'échangeur jusqu'à ce qu'une purge de l'huile ou autres impuretés puisse être mise en oeuvre lors d'une telle opération de vidange. 2908505 3 Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose un échangeur thermique comportant des moyens de purge permettant d'éliminer automatiquement et systématiquement les impuretés, notamment l'huile, amenées par l'air de 5 suralimentation dans l'échangeur. Dans ce but, l'invention propose un échangeur thermique du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'échangeur comporte un dispositif de purge automatique par aspiration des impuretés, telles que de l'huile, présentes dans l'échangeur. io Avantageusement, la vis de purge est supprimée de sorte que la fabrication de l'échangeur, notamment de la boîte à air de sortie, s'en trouve simplifiée et son coût réduit. La purge est donc réalisée automatiquement par aspiration par le flux intérieur d'air de suralimentation à refroidir. 15 La purge se réalise en permanence, dès lors que le moteur est en fonctionnement, de sorte que les impuretés et tout particulièrement l'huile provenant du compresseur sont éliminées du flux d'air de suralimentation sans que puisse se former de dépôt et de bouchons susceptibles d'affecter le fonctionnement de 20 l'échangeur. Avantageusement, l'intervention manuelle d'un mécanicien n'est donc plus nécessaire ce qui simplifie et réduit le coût des opérations d'entretien du véhicule. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 25 - le dispositif de purge est agencé dans la boîte à air de sortie de l'échangeur ; - le dispositif de purge est constitué par au moins un tuyau dont l'extrémité inférieure est adjacente au fond de la boîte à air de sortie et dont l'extrémité supérieure s'étend en direction de 30 l'orifice de sortie ; - la section de passage de l'extrémité supérieure du tuyau de purge est supérieure à la section de passage de l'extrémité inférieure de manière que le flux intérieur d'air provoque par dépression l'aspiration des impuretés dans le tuyau de purge ; 2908505 4 - l'extrémité inférieure du tuyau de purge se prolonge par une collerette qui s'évase en direction du fond de la boîte de manière à augmenter la surface de contact avec les impuretés ; - le tuyau de purge comporte à son extrémité inférieure des 5 moyens de filtration, tels qu'une crépine, de manière à éviter qu'une impureté ne puisse obstruer le tuyau ; - l'extrémité inférieure du tuyau de purge est agencée avec un jeu compris entre 1 à 4 mm par rapport au fond de la boîte à air de sortie ; io - le fond de la boîte à air de sortie comporte une cavité formant un réceptacle pour les impuretés à l'aplomb de laquelle est agencée l'extrémité inférieure du tuyau de purge ; - le fluide de refroidissement du flux intérieur d'air est constitué par un flux extérieur d'air, tel qu'un flux d'air résultant 15 de la pression dynamique de l'air provoqué par le déplacement du véhicule et/ou par un groupe moto-ventilateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées 20 parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue de dessus qui représente schématiquement un moteur à combustion interne suralimenté comportant un échangeur thermique de refroidissement de l'air de suralimentation ; 25 -la figure 2 est une vue de face qui représente partiellement un échangeur thermique et qui illustre un exemple de réalisation préféré des moyens de purge automatique selon l'invention. Par convention, on utilisera à titre non limitatif dans la 30 description et les revendications les termes "inférieur" ou "supérieur" et les directions "longitudinale", "transversale" ou "verticale" pour désigner respectivement des éléments ou des positions selon les définitions données dans la description et selon le trièdre (L, V, T) représenté sur les figures. 2908505 5 On a représenté schématiquement à la figure 1, un moteur à combustion interne 10 de véhicule automobile, ici à quatre cylindres 12, qui comporte un circuit d'admission 14, un circuit d'échappement 16 et un turbocompresseur 18 destiné à la s suralimentation du moteur. De manière connue, le turbocompresseur 18 destiné à la suralimentation d'un tel moteur 10 comporte un compresseur 20 pour mettre sous pression de l'air frais atmosphérique admis en entrée du circuit 14 et une turbine 22 qui est entraînée par les io gaz d'échappement pour fournir l'énergie mécanique nécessaire à l'entraînement dudit compresseur 20. Le circuit d'admission 14 comporte un conduit d'admission 24 dont un premier tronçon 26, situé en amont du compresseur 20, comporte un filtre à air 28 destiné notamment à filtrer ou 15 purifier l'air admis suivant la flèche représentée à la figure 1 en retenant les particules indésirables (poussières, etc.) présentes dans l'air. On rappellera succinctement, le fonctionnement du moteur suralimenté 10, dans lequel l'air provenant au moins en partie de 20 l'atmosphère est admis en entrée du circuit d'admission 14 où, après avoir traversé le filtre à air 28, il est alors aspiré, puis comprimé par le compresseur 20. La compression de l'air provoque son échauffement de sorte qu'il est nécessaire que l'air comprimé, dit de 25 suralimentation, soit ensuite refroidi avant de parvenir au collecteur d'admission 32 et d'alimenter cycliquement les cylindres 12 du moteur 10. Le conduit d'admission 24 comporte un second tronçon 30, situé en aval du compresseur 20, dans lequel est interposé un 30 échangeur thermique 34, encore appelé refroidisseur, qui est destiné à refroidir l'air de suralimentation. L'échangeur thermique 34 est traversé par un fluide caloporteur de refroidissement de manière à refroidir le flux intérieur d'air Fi de suralimentation provenant du compresseur 20. 2908505 6 L'air de suralimentation peut essentiellement être refroidi de deux façons, à savoir soit par un liquide de refroidissement, tel que celui utilisé pour le refroidissement du moteur 10, soit par l'air extérieur appliqué par la pression dynamique lorsque le 5 véhicule se déplace et/ou par un groupe moto-ventilateur (non représenté). On distingue ainsi respectivement les échangeurs thermiques du type air-eau et ceux du type air-air, les derniers étant majoritaires pour assurer cette fonction de refroidissement io de l'air de suralimentation dans les moteurs à combustion interne suralimentés ou turbocompressés de véhicule automobile. Après la combustion, les gaz d'échappement sous pression sont rejetés, par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement 36, dans une conduite d'échappement 38 qui alimente sélectivement is la turbine 22 du turbocompresseur 18 avant que ces gaz ne soient rejetés dans l'atmosphère. Dans l'exemple de réalisation préféré illustré à figure 2, l'échangeur thermique 34 est de préférence un échangeur du type air-air de sorte que le fluide de refroidissement est constitué par 20 un flux extérieur d'air Fe. L'échangeur thermique 34 comporte au moins une première boîte à air 40, dite d'entrée, comportant un orifice d'entrée OE et une sortie 42 et une deuxième boîte à air 44, dite de sortie, comportant une entrée 46 et un orifice de sortie OS. 25 La sortie 42 de la boîte d'entrée 40 et l'entrée 46 de la boîte de sortie 44 sont reliées transversalement par un faisceau 48 de tubes horizontaux (non représentés) dans lesquels circule un flux intérieur d'air Fi destiné à être refroidi par un flux Fe d'un fluide de refroidissement, ici de l'air, circulant à l'extérieur des 30 tubes du faisceau 48. Conformément à l'invention, l'échangeur 34 comporte un dispositif de purge 50 automatique par aspiration des impuretés, en particulier de l'huile, présentes dans l'échangeur 34. 2908505 7 Avantageusement, le dispositif de purge 50 est agencé dans la boîte à air de sortie 44 de l'échangeur 34 dans laquelle se concentre la majeure partie du dépôt d'huile 52 (ou des impuretés), plus précisément dans le fond 54 de celle-ci. 5 En effet, la vitesse du flux intérieur d'air Fi est trop élevée dans la boîte à air d'entrée 40 pour permettre la stagnation de l'huile et donc la formation de dépôt ou de bouchon. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de purge 50 est constitué par au moins un tuyau 56 et io dont l'extrémité inférieure 58 est adjacente au fond 54 de la boîte à air de sortie 44 et dont l'extrémité supérieure 60 s'étend en direction de l'orifice de sortie OS. Le tuyau de purge 56 s'étend globalement verticalement, ici en oblique, et parallèlement à une partie de la paroi interne de is la boîte à air de sortie 44 délimitant l'orifice de sortie OS. De préférence, l'extrémité supérieure 60 est au plus adjacente à l'orifice de sortie OS de la boîte à air de sortie 44 de sorte que le tuyau 56 est intégralement compris dans le volume de la boîte à air de sortie 44. 20 Avantageusement, le tuyau de purge 56 est susceptible d'être intégré à la boîte à air de sortie 44 et il est solidaire de la paroi interne, par exemple par l'intermédiaire de tous moyens de fixation appropriés, de manière à former un sous-ensemble unitaire. 25 Avantageusement, la section de passage S1 de l'extrémité supérieure 60 du tuyau de purge 56 est supérieure à la section de passage S2 de l'extrémité inférieure 58 du tuyau de purge 56. Le tuyau de purge 56 présente par conséquent selon la direction verticale une forme globalement tronconique. 30 Ainsi, le flux intérieur d'air Fi provoque, par dépression, un courant d'aspiration ou de succion dans le tuyau de purge 56 qui circule depuis l'extrémité inférieure 58 vers l'extrémité supérieure 60 afin d'aspirer l'huile 52 depuis le fond 52 de la boîte à air de 2908505 8 sortie 44 vers l'orifice de sortie OS par lequel il est évacué en direction du moteur 10. Avantageusement, les impuretés et/ou l'huile sont ultérieurement détruites lors de la phase de combustion dans les 5 cylindres 12 du moteur 10. De préférence, l'extrémité inférieure 58 du tuyau de purge 56 se prolonge par une collerette 62 qui s'évase, tel un entonnoir, en direction du fond 52 de la boîte de sortie 44 de manière à augmenter la surface d'aspiration du tuyau 56 en contact avec io l'huile ou les impuretés 52. Avantageusement, le tuyau de purge 56 comporte à son extrémité inférieure des moyens de filtration 64, tels qu'une grille ou une plaque trouée formant une crépine, de manière à éviter que certaines impuretés ne puissent être aspirées par le tuyau 56 is ne viennent à obstruer le tuyau 56, notamment l'extrémité inférieure 58 de section de passage S2 la plus étroite. De préférence, l'extrémité inférieure 58 du tuyau de purge 56 est agencée avec un jeu "j" compris entre 1 à 4 mm par rapport au fond 52 de la boîte à air de sortie 44. 20 En variante, le fond 52 de la boîte à air de sortie 44 comporte une cavité (non représentée) formant un réceptacle pour les impuretés 52, en particulier l'huile. De préférence, l'extrémité inférieure 58 du tuyau de purge 56 est alors dépourvue de collerette 62 et l'orifice d'aspiration de 25 l'extrémité inférieure 58 du tuyau 56 présentant la section de passage S2 est agencé à l'aplomb de la cavité avec un jeu "j" déterminé de manière à pouvoir évacuer par aspiration les impuretés et tout particulièrement l'huile qui s'y seront déposées. 30 REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique (34), notamment destiné à refroidir l'air de suralimentation d'un moteur (10) à combustion interne suralimenté, du type comportant au moins une première boîte à air (40), dite d'entrée, comportant un orifice d'entrée (0E) et une sortie (42) et une deuxième boîte à air (44), dite de sortie, comportant une entrée (46) et un orifice de sortie (OS), lesdites sortie (42) de la boîte d'entrée (40) et entrée (46) de la boîte de sortie (44) étant reliées par au moins un faisceau (48) de tubes io horizontaux dans lesquels circule un flux intérieur d'air (Fi) destiné à être refroidi par un flux (Fe) d'un fluide de refroidissement circulant à l'extérieur des tubes du faisceau (48), caractérisé en ce que l'échangeur (34) comporte un dispositif de purge (50) automatique par aspiration des impuretés (52), telles is que de l'huile, présentes dans l'échangeur (34). 2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de purge (50) est agencé dans la boîte à air de sortie (44) de l'échangeur (34). 3. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 20 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de purge (50) est constitué par au moins un tuyau (56) dont l'extrémité inférieure (58) est adjacente au fond (52) de la boîte à air de sortie (44) et dont l'extrémité supérieure (60) s'étend en direction de l'orifice de sortie (OS). 25 4. Echangeur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section de passage (S1) de l'extrémité supérieure (60) du tuyau de purge (56) est supérieure à la section de passage (S2) de l'extrémité inférieure (58) de manière que le flux intérieur d'air (Fi) provoque par dépression l'aspiration des 30 impuretés (52) dans le tuyau de purge. 5. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (58) du tuyau de purge (56) se prolonge par une collerette (62) 2908505 Io qui s'évase en direction du fond (52) de la boîte (44) de manière à augmenter la surface de contact avec les impuretés (52). 6. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le tuyau de purge (56) 5 comporte à son extrémité inférieure (58) des moyens de filtration (64), tels qu'une grille ou une crépine. 7. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (58) du tuyau de purge (56) est agencée avec un jeu (j) io compris entre 1 à 4 mm par rapport au fond (52) de la boîte à air de sortie (44). 8. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (52) de la boîte à air de sortie (44) comporte une cavité formant un is réceptacle pour les impuretés (52) à l'aplomb de laquelle est agencée l'extrémité inférieure (58) du tuyau de purge (56). 9. Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement du flux intérieur d'air (Fi) est constitué par un flux 20 extérieur d'air (Fe), tel qu'un flux d'air résultant de la pression dynamique de l'air provoqué par le déplacement du véhicule et/ou par un groupe moto-ventilateur.