Brevet FR2920706A1 — publié le 20090313

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des pièces et équipements de véhicules à moteur, plus particulièrement les systèmes périphériques ou accessoires des moteurs à combustion interne de tels véhicules, et a pour objet un module multifonctionnel. Actuellement, l'espace disponible sous le capot moteur des véhicules est de plus en plus restreint, en particulier autour du bloc-moteur, et pousse à favoriser l'intégration des fonctions à réaliser en vue de réduire l'encombrement, tout en conservant le maintien de leur qualité et de leur pérennité d'exécution, dont dépend la fiabilité de fonctionnement du véhicule. En outre, en termes de mise au point et de fabrication de véhicules à moteur à combustion interne, la tendance actuelle consiste à raisonner, non plus en termes d'éléments isolés, à savoir de composants ou de pièces, mais en termes d'ensembles, d'unités ou de modules, remplissant chacune une fonction globale ou plusieurs fonctions interdépendantes. Par ailleurs, pour aboutir à un montage compact, ne nécessitant pas de structure support particulière pour son maintien sous le capot du véhicule, il serait intéressant de fixer une telle unité directement sur le bloc moteur. Enfin, il est également avantageux, pour des motifs économiques, de réaliser au moins certaines des parties constitutives d'une telle unité en un matériau plastique, ce dernier devant toutefois être protégé contre des températures trop élevées. La présente invention a pour but de répondre à au moins certaines des attentes exprimées ci-dessus. A cet effet, la présente invention a pour objet un module multifonctionnel pour moteur à combustion interne, formant un ensemble structurel et intégrant les fonctions de refroidissement des gaz d'échappement, de régulation de la réinjection des gaz d'échappement et de régulation, au moins partielle, des flux de circulation dans le circuit de refroidissement dudit moteur, ledit ensemble structurel étant réalisé sous la forme d'une unité constructive et fonctionnelle, destinée à être montée sur le bloc-moteur et intégrant une partie au moins d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, un échangeur thermique pour le refroidissement -2- desdits gaz et une partie au moins du circuit de refroidissement du moteur, intégrant au moins le boîtier de sortie d'eau, caractérisé en ce que la partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement et la partie du circuit de refroidissement du moteur sont intégrés dans des éléments structurels distincts de ladite unité constructive et fonctionnelle. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : les figures 1 et 2 sont des vues en perspective selon deux angles différents d'un module multifonctionnel selon l'invention, la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, représentant plus particulièrement la circulation du liquide de refroidissement dans le module multifonctionnel selon l'invention, la figure 4 est un diagramme représentant le circuit de circulation des gaz d'échappement dans le module fonctionnel selon l'invention, la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1 représentant plus particulièrement le circuit de circulation des gaz non 20 refroidis par l'échangeur thermique selon l'invention, la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 1 représentant plus particulièrement le circuit de circulation des gaz refroidis par l'échangeur thermique ainsi que le faisceau de tubes de ce dernier, la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 1 25 représentant le module multifonctionnel selon l'invention lors du montage de l'échangeur thermique, et la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 1 représentant le module multifonctionnel selon l'invention lors du montage du module formant réserve de vide sur la cuve de l'échangeur thermique. 30 Comme représenté aux figures 1 et 2, le module multifonctionnel pour moteur à combustion interne selon l'invention, formant un ensemble structurel et intégrant les fonctions de refroidissement des gaz d'échappement, de régulation de la réinjection des gaz d'échappement et de régulation, au moins partielle, des flux de circulation 35 dans le circuit de refroidissement dudit moteur, est réalisé sous la forme d'une unité constructive et fonctionnelle 1, destinée à être montée sur le bloc-moteur et intègre une partie au moins d'un circuit de recirculation des -3- gaz d'échappement, un échangeur thermique 2 pour le refroidissement desdits gaz et une partie au moins du circuit de refroidissement du moteur, intégrant au moins le boîtier de sortie d'eau 3. Ce module multifonctionnel 1 est caractérisé en ce que la partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement et la partie du circuit de refroidissement du moteur sont intégrées dans des éléments structurels 4, 3, 5, 6 distincts de ladite unité constructive et fonctionnelle 1. Grâce à l'invention, un module multifonctionnel formant une unité constructive et fonctionnelle 1 intégrant, d'une part, les fonctions de refroidissement et de régulation de la réinjection des gaz d'échappement et, d'autre part, la fonction de régulation des flux de circulation dans le circuit de refroidissement dudit moteur peut être réalisé. Ce module multifonctionnel 1 présente un encombrement limité et peut être directement monté sur le moteur, comme cela sera expliqué plus loin. En outre, les circuits de recirculation des gaz d'échappement et de refroidissement sont dissociés et intégrés dans des éléments structurels différents, de sorte que ces derniers peuvent être réalisés en des matériaux différents. A cet effet, et selon l'invention, la partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement peut être intégrée dans un élément central 4, réalisé en métal, de l'unité constructive et fonctionnelle 1 et la partie du circuit de refroidissement des gaz d'échappement ou du moteur peut être réalisée en une matière synthétique thermoplastique et être montée sur ledit élément central 4. Le métal utilisé pour la fabrication de l'élément central 4 peut être de l'acier inoxydable, par exemple. L'utilisation d'une matière synthétique pour la réalisation d'une partie du circuit de refroidissement permet d'obtenir un gain en masse de l'unité constructive et fonctionnelle 1 d'une part et, d'autre part, d'en réduire les coûts de fabrication, ainsi que d'en augmenter la flexibilité, ce qui est particulièrement avantageux pour l'assemblage entre eux des éléments formant ladite unité constructive et fonctionnelle 1. Selon une première variante de réalisation non représentée de l'invention, la partie du circuit de refroidissement du moteur peut être réalisée sous la forme d'un sous-ensemble structurel 3, 5, 6 d'un seul tenant formé par l'assemblage de deux parties réalisées par moulage par injection de matière synthétique thermoplastique. -4- Selon une seconde variante, la partie du circuit de refroidissement du moteur peut être réalisée par l'assemblage d'au moins deux pièces 3, 5, 6. Comme représenté sur les figures annexées, les pièces 3, 5, 6 peuvent être réalisées sous la forme d'éléments tubulaires ou conduits éventuellement reliés entre eux par soudage par vibrations. En outre, l'arrangement de ces dernières forme le boîtier de sortie d'eau 3. Il ressort des figures annexées que l'unité constructive et fonctionnelle 1 peut être sensiblement de forme allongée et être essentiellement constituée par l'assemblage de trois éléments, à savoir : - l'élément central 4 formé d'un seul tenant, sur un premier côté duquel est montée la partie 3, 5, 6 du circuit de refroidissement du moteur, et comportant notamment, sur l'autre côté, une ouverture d'entrée 7 du liquide de refroidissement et une ouverture d'entrée 8 des gaz d'échappement reliées respectivement au circuit de refroidissement du moteur et au circuit de recirculation des gaz pour le montage direct du module 1 sur le bloc-moteur, - l'échangeur thermique 2, et - un organe de régulation du flux de gaz 9, l'échangeur thermique 2 et l'organe de régulation du flux de gaz 9 étant 20 montés, de manière opposée, chacun au niveau d'une extrémité de montage de l'élément central 4. Cette structure en éléments distincts permet de simplifier la fabrication d'un tel module multifonctionnel 1 et donc d'en réduire les coûts. En outre, la présence des ouvertures d'entrée 7 du liquide de refroidissement 25 et d'entrée 8 des gaz d'échappement permet un montage direct sur le moteur. De manière caractéristique, et comme cela ressort plus particulièrement de la figure 3, l'échangeur thermique 2 peut être réalisé sous la forme d'une cuve 16 en métal comportant une ouverture d'entrée 10 30 du liquide de refroidissement et une ouverture de sortie 11 du liquide de refroidissement, cuve 16 dans laquelle est monté et positionné un faisceau 13 de tubes 14 dans lequel circulent les gaz d'échappement. Ici également, de l'acier inoxydable peut être utilisé dans la réalisation de la cuve 16. Cette figure représente également la circulation du liquide de 35 refroidissement dans le module multifonctionnel 1 par l'intermédiaire de flèches. Les flèches représentées par un trait plus épais correspondent au flux de liquide ayant traversé la cuve 16, et qui a donc récupéré une partie -5- des calories des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur 2, de sorte qu'il présente une température plus élevée en sortie de l'échangeur thermique 2 qu'en entrée de ce dernier. L'échangeur thermique 2 est de préférence positionné proche de l'ouverture d'entrée 8 des gaz, de sorte que les gaz d'échappements chauds ne traversent pas le module multifonctionnel 1 sur une longue distance, permettant ainsi d'éviter une élévation de température trop importante due aux gaz d'échappement issus du moteur directement admis dans ledit module multifonctionnel 1. Pour réduire encore le volume occupé par l'unité constructive et fonctionnelle 1 selon l'invention, un module 15 formant réserve de vide, réalisé en une matière synthétique thermoplastique et pouvant servir pour la commande ou l'alimentation en puissance ou en énergie pneumatique d'un organe de régulation 9 et/ou d'un organe de dérivation 17 du flux de gaz de type pneumatique ou électropneumatique peut être monté sur la cuve 16 de l'échangeur thermique 2. La nécessité d'intégration d'un réservoir de vide spécifique, dans le capot moteur, par l'intermédiaire de dispositifs spécifiques de fixation, est donc évitée. Le module 15 formant réserve de vide peut être réalisé sous une forme générale en U dont les faces internes des ailes et de l'âme comportent des éléments ou saillie 21 prenant appui sur les faces correspondantes de la cuve 16 de l'échangeur thermique 2 en position de montage dudit module 15. Comme représenté sur la figure 7, ces éléments en saillie 21 peuvent être réalisés sous la forme de nervures. Ces dernières permettent de réaliser une isolation thermique entre la cuve 16 métallique de l'échangeur thermique 2 et le module 15 en matière synthétique en créant des lames d'air d'isolation entre les parois de ces derniers. Selon l'invention, l'ouverture d'entrée 7 du liquide de refroidissement peut être reliée fluidiquement au boîtier de sortie d'eau 3 par l'intermédiaire d'un conduit 12 formé dans et traversant l'élément central 4 de manière perpendiculaire à son axe longitudinal et le boîtier de sortie d'eau 3 peut être relié à l'ouverture d'entrée 10 de la cuve 16 de l'échangeur thermique 2 par l'intermédiaire d'un conduit 5, formé dans le sous-ensemble 3, 5, 6 d'un seul tenant constituant la partie du circuit de refroidissement du moteur ou correspondant à l'une 5 des pièces 3, 5, 6 assemblées pour réaliser la partie du circuit de refroidissement du moteur. -6- De la même manière, un conduit 6, formé dans le sous-ensemble 3, 5, 6 d'un seul tenant constituant la partie du circuit de refroidissement du moteur ou correspondant à l'une 6 des pièces 3, 5, 6 assemblées pour réaliser la partie du circuit de refroidissement du moteur, peut être raccordé à l'ouverture de sortie 11 de la cuve 16 de l'échangeur thermique 2 pour l'évacuation de l'eau sortant de ladite cuve 16. En considérant à présent l'échangeur thermique 2, ce dernier peut comprendre un faisceau 13 de tubes 14 monté dans la cuve 16 de l'échangeur thermique 2 au moyen d'un corps support 20 assurant l'étanchéité au niveau de l'interface d'assemblage entre la cuve 16 et l'élément central 4 et fermant ladite cuve 16 de l'échangeur thermique 2, et le faisceau 13 de tubes 14 peut former un chemin de circulation en forme de U pour les gaz d'échappement dans la cuve 16 et être constitué par un premier groupe de tubes 14 d'aller, dans lequel les gaz d'échappement circulent depuis la première extrémité 14' des tubes 14 située au niveau de l'ouverture de la cuve 16 et du corps support 20 vers la seconde extrémité 14" des tubes 14 située au niveau du fond de la cuve 16, et par un second groupe de tubes 14 de retour, dans lequel les gaz d'échappement circulent depuis la seconde extrémité 14" des tubes 14 située au niveau du fond de la cuve 16 vers la première extrémité 14' des tubes 14 située au niveau de l'ouverture de la cuve 6 et du corps support 20. Les secondes extrémités 14" des tubes 14 peuvent déboucher dans un volume commun assurant la communication fluidique entre le premier groupe et le second groupe de tubes 14, ledit volume étant par exemple constitué par une coque fermée par une plaque, ladite plaque étant traversée par les secondes extrémités 14" des tubes 14. Bien entendu, les tubes 14 de l'échangeur thermique 2 peuvent être réalisés d'un seul tenant et courbés en U ou être constitués chacun par deux portions de tubes droits reliés entre eux par une portion de tube courbé. Conformément à l'invention, l'ouverture d'entrée 8 des gaz d'échappement peut être en relation fluidique avec les extrémités d'entrée des tubes 14 par l'intermédiaire d'un canal réalisé dans l'élément central 4 et avec une ouverture de sortie 19 des gaz située sur l'élément central 4 par l'intermédiaire d'un canal 18 de passage des gaz, également réalisé dans l'élément central 4 et un organe 17 de dérivation du flux de gaz peut être monté dans l'ouverture d'entrée 8 des gaz. -7- De cette manière, les gaz d'échappement arrivant dans l'ouverture d'entrée 8 sont dirigés soit vers la cuve 16, soit vers l'ouverture de sortie 19. La figure 4 représente en traits continus la situation dans laquelle les gaz d'échappement sont dirigés vers la cuve 16 de l'échangeur thermique 2 pour réaliser un refroidissement de ces derniers. Le flux de ces gaz est également représenté à la figure 6 dans laquelle les flèches présentant un trait plus épais représentent les gaz d'échappement avant leur passage dans l'échangeur thermique 2. Le module multifonctionnel 1 permet d'obtenir, en ne refroidissant pas les gaz d'échappement, un échauffement rapide du moteur après un démarrage à froid. Dans ces conditions, le circuit emprunté par les gaz d'échappement correspond à celui indiqué par les flèches représentées sur la figure 5. Sur le circuit de la figure 4, le chemin emprunté est celui représenté en pointillés. De manière avantageuse, l'ouverture de sortie 19 peut être disposée au niveau de l'unité constructive et fonctionnelle 1 de telle sorte que lorsque cette dernière est montée sur un moteur, ladite ouverture de sortie 19 est en position pour le montage direct sur le collecteur d'admission de ce dernier. Selon l'invention, le module multifonctionnel 1 peut comporter un organe de régulation thermostatique du flux de liquide dans le boîtier de sortie d'eau 3. Cet organe peut ainsi réguler la circulation du liquide de refroidissement entre le circuit du module multifonctionnel 1, l'échangeur de l'habitacle et le radiateur. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un module multifonctionnel dont le coût de fabrication est réduit par l'utilisation de certains éléments de ce dernier en une matière synthétique thermoplastique tout en réalisant une optimisation maximale de la place occupée sous le capot moteur, étant donné que le module multifonctionnel 1 renferme une partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement ainsi qu'une partie du circuit de refroidissement du moteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Module multifonctionnel pour moteur à combustion interne, formant un ensemble structurel et intégrant les fonctions de refroidissement des gaz d'échappement, de régulation de la réinjection des gaz d'échappement et de régulation, au moins partielle, des flux de circulation dans le circuit de refroidissement dudit moteur, ledit ensemble structurel étant réalisé sous la forme d'une unité constructive et fonctionnelle (1), destinée à être montée sur le bloc-moteur et intégrant une partie au moins d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, un échangeur thermique (2) pour le refroidissement desdits gaz et une partie au moins du circuit de refroidissement du moteur, intégrant au moins le boîtier de sortie d'eau (3), caractérisé en ce que la partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement et la partie du circuit de refroidissement du moteur sont intégrés dans des éléments structurels (4, 5, 6) distincts de ladite unité constructive et fonctionnelle (1). 2. Module, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie du circuit de recirculation des gaz d'échappement est intégrée dans un élément central (4), réalisé en métal, de l'unité constructive et fonctionnelle (1) et en ce que la partie du circuit de refroidissement du moteur est réalisée en une matière synthétique thermoplastique et est montée sur ledit élément central (4). 3. Module, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie du circuit de refroidissement du moteur est réalisée sous la forme d'un sous-ensemble structurel (3, 5, 6) d'un seul tenant formé par l'assemblage de deux parties réalisées par moulage par injection de matière synthétique thermoplastique. 4. Module, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie du circuit de refroidissement du moteur est réalisée par l'assemblage d'au moins deux pièces (3, 5, 6). 5. Module, selon l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'unité constructive et fonctionnelle (1) est sensiblement de forme allongée et est essentiellement constituée par l'assemblage de trois éléments, à savoir :-9- - l'élément central (4) formé d'un seul tenant, sur un premier côté duquel est montée la partie (3, 5, 6) du circuit de refroidissement du moteur, et comportant notamment, sur l'autre côté, une ouverture d'entrée (7) du liquide de refroidissement et une ouverture d'entrée (8) des gaz d'échappement reliées respectivement au circuit de refroidissement du moteur et au circuit de recirculation des gaz pour le montage direct du module (1) sur le bloc-moteur, - l'échangeur thermique (2), et - un organe de régulation du flux de gaz (9), l'échangeur thermique (2) et l'organe de régulation du flux de gaz (9) étant montés, de manière opposée, chacun au niveau d'une extrémité de montage de l'élément central (4). 6. Module, selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (2) est réalisé sous la forme d'une cuve (16) en métal comportant une ouverture d'entrée (10) du liquide de refroidissement et une ouverture de sortie (11) du liquide de refroidissement, cuve (16) dans laquelle est monté et positionné un faisceau (13) de tubes (14) dans lequel circulent les gaz d'échappement. 7. Module, selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un module (15) formant réserve de vide, réalisé en une matière synthétique thermoplastique et pouvant servir pour la commande ou l'alimentation en puissance ou en énergie pneumatique d'un organe de régulation (9) et/ou d'un organe de dérivation (17) du flux de gaz de type pneumatique ou électropneumatique est monté sur la cuve (16) de l'échangeur thermique (2). 8. Module, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module (15) est réalisé sous une forme générale en U dont les faces internes des ailes et de l'âme comportent des éléments ou saillie (21) prenant appui sur les faces correspondantes de la cuve (16) de l'échangeur thermique (2) en position de montage dudit module (15). 9. Module, selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, pour autant qu'elle se rattache à la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée (7) du liquide de refroidissement est reliée fluidiquement au boîtier de sortie d'eau (3) par l'intermédiaire d'un conduit (12) formé dans et traversant l'élément central (4) de manière perpendiculaire à son axe longitudinal et en ce que le boîtier de sortie d'eau (3) est relié à l'ouverture d'entrée (10) de la cuve (16) de l'échangeur thermique (2) par l'intermédiaire d'un conduit (5) formé dans le sous-- 10 - ensemble (3, 5, 6) d'un seul tenant constituant la partie du circuit de refroidissement du moteur ou correspondant à l'une (5) des pièces (3, 5, 6) assemblées pour réaliser la partie du circuit de refroidissement du moteur. 10. Module, selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un conduit (6), formé dans le sous-ensemble (3, 5, 6) d'un seul tenant constituant la partie du circuit de refroidissement du moteur ou correspondant à l'une (6) des pièces (3, 5, 6) assemblées pour réaliser la partie du circuit de refroidissement du moteur, est raccordé à l'ouverture de sortie (11) de la cuve (16) de l'échangeur thermique (2) pour l'évacuation de l'eau sortant de ladite cuve (16). 11. Module, selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le faisceau (13) de tubes (14) est monté dans la cuve (16) de l'échangeur thermique (2) au moyen d'un corps support (20) assurant l'étanchéité au niveau de l'interface d'assemblage entre la cuve (16) et l'élément central (4) et fermant ladite cuve (16) de l'échangeur thermique (2), et en ce que le faisceau (13) de tubes (14) forme un chemin de circulation en forme de U pour les gaz d'échappement dans la cuve (16) et est constitué par un premier groupe de tubes (14) d'aller, dans lequel les gaz d'échappement circulent depuis la première extrémité (14') des tubes (14) située au niveau de l'ouverture de la cuve (16) et du corps support (20) vers la seconde extrémité (14") des tubes (14) située au niveau du fond de la cuve (16), et par un second groupe de tubes (14) de retour, dans lequel les gaz d'échappement circulent depuis la seconde extrémité (14") des tubes (14) située au niveau du fond de la cuve (16) vers la première extrémité (14') des tubes (14) située au niveau de l'ouverture de la cuve (6) et du corps support (20). 12. Module, selon la revendication 11, caractérisé en ce que les secondes extrémités (14") des tubes (14) débouchent dans un volume commun assurant la communication fluidique entre le premier groupe et le second groupe de tubes (14), ledit volume étant par exemple constitué par une coque fermée par une plaque, ladite plaque étant traversée par les secondes extrémités (14") des tubes (14). 13. Module, selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée (8) des gaz d'échappement est en relation fluidique avec les extrémités d'entrée des tubes (14) par l'intermédiaire d'un canal réalisé dans l'élément central (4) et avec une ouverture de sortie (19) des gaz située sur l'élément central (4) par-11-l'intermédiaire d'un canal (18) de passage des gaz, également réalisé dans l'élément central (4) et en ce qu'un organe (17) de dérivation du flux de gaz est monté dans l'ouverture d'entrée (8) des gaz. 14. Module, selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'ouverture de sortie (19) est disposée au niveau de l'unité constructive et fonctionnelle (1) de telle sorte que lorsque cette dernière est montée sur un moteur, ladite ouverture de sortie (19) est en position pour le montage direct sur le collecteur d'admission de ce dernier. 15. Module, selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, 10 caractérisé en ce qu'il comporte un organe de régulation thermostatique du flux de liquide dans le boîtier de sortie d'eau (3).