Brevet FR2921592A1 — publié le 20090403

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des pièces et équipements de véhicules automobiles. Plus particulièrement, cette invention se rapporte à une pièce de fonderie, réalisée en alliage d'aluminium, destinée à un ensemble de traitement des gaz d'échappement recyclés d'un véhicule à moteur thermique. Les véhicules automobiles actuels possèdent une fonction de traitement d'une partie des gaz d'échappement avant leur retour à l'admission d'air du moteur (gaz � EGR �), fonction qui peut être réalisée par des modules fonctionnels complets pouvant notamment comprendre une pièce de fonderie, réalisée en alliage d'aluminium, dans laquelle sont gérés différents fluides gazeux ou liquides, comme les gaz d'échappement et le liquide de refroidissement du moteur thermique. La figure 1 du dessin schématique annexé représente un tel module, vu en perspective. Ce module comprend une pièce centrale 1 en alliage d'aluminium, qui est assemblée sur la culasse du moteur thermique (non représentée) et qui comporte un orifice 2 d'entrée des gaz d'échappement récupérés et un orifice 3 d'entrée du liquide de refroidissement (eau). La pièce 1 réalise le transit de ces deux fluides jusqu'à une sortie 4 pour les gaz redirigés vers l'admission d'air et deux sorties 5 et 6 pour le liquide de refroidissement (eau). Cette pièce 1 réalise, de plus, des fonctions de support pour divers organes périphériques, tels qu'un échangeur de chaleur entre gaz et liquide 7, un boîtier de sortie d'eau 8 avec thermostat, une sonde de température 9 et une vanne de recirculation des gaz 10. Ces organes interviennent dans le traitement des gaz d'échappement avant leur retour à l'admission du moteur, et aussi dans la répartition du liquide de refroidissement dans les différentes branches du circuit de refroidissement du véhicule, respectivement dirigées vers le radiateur en face avant du véhicule, le radiateur de chauffage de l'habitacle, l'échangeur eau-huile, ... Réalisée par un procédé de fonderie d'aluminium sous pression, la pièce 1 comporte actuellement plusieurs circuits internes, obtenus par l'utilisation de broches dans le cadre de ce procédé. Ainsi sont formés des conduits internes de gaz 12 et 13, et des conduits internes de liquide de refroidissement 14 et 15, qui sont visibles sur : - la figure 2, qui est une vue en perspective de la pièce 1 seule, 35 du côté de l'échangeur, la figure 3, qui est une vue de la pièce 1 seule en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, passant par l'axe du conduit 14, et la figure 4, qui est une vue de la pièce 1 seule en coupe suivant la ligne IV- IV de la figure 2, passant par l'axe du conduit 15. Les figures 3 et 4 montrent que les conduits de gaz 12 et 13 d'une part, et les conduits de liquide 14 et 15 d'autre part, sont situés les uns au-dessus des autres, pour assurer un équilibre thermique de la pièce 1 par un échange interne entre les gaz d'échappement très chauds (à une température supérieure à 500°C) et le liquide de refroidissement (dont la température maximale est de 140°C). Une évolution majeure est actuellement en cours d'étude, en vue de diminuer le coût de production du module complet ; dans le cadre de cette évolution, il est notamment envisagé de supprimer les conduits 14 et 15 au travers desquels circule actuellement le liquide de refroidissement. La disparition de ces conduits 14 et 15 entraîne ainsi une suppression quasi-totale de la fonction de refroidissement actuellement réalisée par la circulation du liquide dans la pièce 1 en alliage d'aluminium. II en résulte une augmentation des températures au sein de la pièce 1 ce qui entraîne un risque pour la pièce elle-même, en particulier une diminution des caractéristiques mécaniques de l'alliage d'aluminium qui la constitue ainsi des risques supplémentaires de fuites, mais aussi pour certains organes périphériques sensibles aux températures élevées, telle que la vanne de recirculation des gaz. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, et elle a donc pour but de fournir une solution qui, tout en supprimant dans la pièce considérée les conduits de liquide de refroidissement, écarte le risque d'un échauffement excessif de cette pièce, d'une manière simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet une pièce de fonderie réalisée en alliage d'aluminium, du genre ici concerné c'est-à-dire destinée à un ensemble de traitement des gaz d'échappement recyclés d'un véhicule à moteur thermique, ladite pièce comportant des conduits internes prévus pour être parcourus par les gaz d'échappement et un orifice d'entrée pour le liquide de refroidissement du moteur thermique, cette pièce étant essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comporte une cavité en communication avec l'orifice d'entrée pour le liquide de refroidissement, cavité qui reçoit ainsi ce liquide en vue d'un refroidissement de ladite pièce. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la cavité recevant le liquide de refroidissement est creusée dans la face de la pièce en alliage d'aluminium contre laquelle est appliqué et fixé un boîtier de sortie du liquide de refroidissement ; ainsi cette cavité est partiellement délimitée par ledit boîtier de sortie. Ainsi, tout en évitant la réalisation de conduits internes dans la pièce concernée, l'invention crée une admission et une éventuelle circulation du liquide de refroidissement, en provenance du moteur, de sorte que ce liquide vienne au contact de l'alliage d'aluminium constitutif de ladite pièce, et assure ainsi un refroidissement général de cette pièce. En d'autres termes, l'invention consiste en l'ajout, dans la pièce centrale de l'ensemble ou module de traitement des gaz d'échappement, d'un � réservoir � de liquide procurant une augmentation notable de la surface d'échange entre le liquide et l'alliage d'aluminium, donc une augmentation des échanges thermiques s'accompagnant d'une amélioration du refroidissement de ladite pièce ainsi qu'une éventuelle amélioration du rendement de la fonction de refroidissement des gaz. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la cavité creusée dans la pièce en alliage d'aluminium est délimitée par un boîtier de sortie du liquide de refroidissement avec un embout de sortie décalé par rapport à l'axe de l'orifice d'entrée pour le liquide de refroidissement, de manière à créer, dans la cavité, une circulation du liquide de refroidissement. Cette disposition crée, sans aucun circuit interne, une circulation du liquide qui permet des échanges thermiques plus importants par convection forcée, et qui amène ainsi un meilleur refroidissement de la pièce concernée. Toutefois, dans une variante plus simple, l'invention se limite à la réalisation, dans ladite pièce, d'une cavité formant, avec le boîtier de sortie du liquide de refroidissement un réservoir fermé sans circulation de liquide. Les échanges thermiques ne se font alors plus que par conduction, entre l'alliage d'aluminium et le liquide de refroidissement, ce qui peut être suffisant dans certaines applications. Dans tous les cas, des nervures peuvent être formées dans la paroi de la cavité, afin d'augmenter la surface d'échange thermique entre l'alliage d'aluminium et le liquide de refroidissement, ce qui permet d'améliorer encore le refroidissement de la pièce concernée. fonderie. Le boîtier de sortie du liquide de refroidissement est une pièce déjà existante, qui nécessite une simple adaptation au contour de la cavité. Ainsi, la solution proposée par la présente invention s'avère particulièrement simple et économique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de cette pièce en alliage d'aluminium pour ensemble de traitement des gaz d'échappement d'un véhicule à moteur thermique : Figures 1 à 4 (déjà mentionnées) illustrent un tel ensemble et notamment une telle pièce, selon l'état de la technique ; Figure 5 est une vue en perspective de la pièce selon l'invention, dans un mode de réalisation, la pièce étant ici représentée seule ; Figure 6 est une vue en perspective de la pièce de la figure 5, 15 complétée par le boîtier de sortie d'eau ; Figure 7 est une vue en perspective éclatée des composants de l'ensemble montré sur la figure 6 ; Figure 8 est une vue de face d'une variante de la pièce objet de l'invention ; 20 Figure 9 illustre, en perspective, une autre variante de cette pièce intégrée dans un ensemble. En se référant d'abord aux figures 5 à 7, il est représenté une pièce 16 en alliage d'aluminium, obtenue par un procédé de fonderie, qui comporte à ses extrémités opposées deux brides 17 et 18 permettant son intégration à un 25 ensemble analogue à celui de la figure 1, destiné au traitement et notamment à la recirculation des gaz d'échappement d'un véhicule à moteur thermique (véhicule � automobile �). La pièce 16, représentée seule sur la figure 5, est complétée par un boîtier de sortie d'eau 19 indiqué sur la figure 6 où il est représenté mis en place, la vue en éclaté de la figure 7 montrant le boîtier de 30 sortie d'eau 19 séparé de la pièce 16. Considérant plus particulièrement la pièce 16, celle-ci comporte des conduits internes qui son parcourus par les gaz d'échappement, en cours de fonctionnement. En particulier, la pièce 16 comporte un conduit interne longitudinal 20, qui débouche au niveau de la bride 18 et qui dirige les gaz 35 d'échappement vers la vanne de recirculation (vanne � EGR �). La pièce 16 comporte aussi, orienté de façon sensiblement orthogonale au conduit interne 20, un orifice d'entrée 21 pour le liquide de refroidissement, assimilé ici à de l'eau, en provenance du moteur thermique du véhicule. Selon l'invention, la pièce 16 en alliage d'aluminium comporte, venue directement de fonderie, une cavité 22 en communication avec l'orifice d'entrée 21 pour le liquide de refroidissement. La cavité 22 est ouverte vers l'extérieur, et elle apparaît ainsi creusée dans la face 23 de la pièce 16 qui reçoit le boîtier de sortie d'eau 19. La cavité 22 possède une certaine extension longitudinale, et elle s'étend ainsi directement au-dessus du conduit interne 20 parcouru par les gaz d'échappement. La cavité 22 de la pièce 16 est fermée, vis-à-vis de l'extérieur, par une partie en forme de plaque du boîtier de sortie d'eau 19, dont la forme est adaptée aux contours de cette cavité 22. Plus particulièrement, comme le montrent les figures 6 et 7, l'assemblage du boîtier de sortie d'eau 19 contre la face 23 de la pièce 16 est réalisé au moyen de vis 24, réparties notamment le long des contours de la cavité 22, l'étanchéité de l'assemblage donc de la cavité 22 elle-même étant assurée par un joint 25. Le boîtier de sortie d'eau 19 comporte un embout de sortie d'eau principal 27, situé dans l'axe de l'orifice d'entrée d'eau 21 de la pièce 16 et prévu pour diriger l'eau de refroidissement vers le radiateur en face avant du véhicule, au travers d'un thermostat. A distance de l'embout principal 27, le boîtier de sortie d'eau 19 comporte un autre embout de sortie d'eau 28, prévu pour diriger l'eau vers le radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule. Cet autre embout de sortie d'eau 28 se situe en face de la zone d'extrémité de la cavité 22 de la pièce 16, zone d'extrémité qui se trouve la plus éloignée de l'orifice d'entrée 21. Ainsi, la cavité 22 de la pièce 16, fermée par le boîtier de sortie d'eau 19, constitue un réservoir intercalé dans le circuit d'eau de refroidissement du véhicule, et réalisant la jonction entre l'orifice d'entrée d'eau 21 de la pièce 16, et l'embout de sortie d'eau 28 du boîtier 19. En cours de fonctionnement, le liquide de refroidissement (eau) en provenance du moteur thermique entre dans la pièce 16 par l'orifice d'entrée 21. Le débit de ce liquide est alors réparti entre l'embout principal 27, qui le dirige vers le radiateur en face avant, au travers du thermostat, et l'autre embout de sortie d'eau 28. La fraction du liquide dirigée vers cet autre embout de sortie 28 parcourt la cavité 22 sur toute sa longueur, et vient ainsi au contact d'une surface métallique importante, ce qui assure un refroidissement efficace de la pièce 16 par convection forcée, notamment dans la région de cette pièce 16 traversée par les gaz d'échappement très chauds parcourant le conduit 20. Dans une variante, illustrée par la figure 8, la paroi de la cavité 22 de la pièce 16 comporte des nervures 29 et 30, qui augmentent la surface d'échange thermique entre le liquide parcourant cette cavité 22, d'une part et l'alliage de la pièce 16, d'autre part. Le refroidissement de cette pièce 16 se trouve ainsi encore renforcé. Dans une autre variante, illustrée par la figure 9, le boîtier de sortie d'eau 19 ne possède pas d'embout de sortie d'eau décalé par rapport à l'axe de l'orifice d'entrée d'eau 21 de la pièce 16. Tout le débit de liquide de refroidissement sort donc suivant l'axe de l'orifice d'entrée 21, et la cavité 22 (de forme analogue à celle précédemment décrite) constitue en quelque sorte un réservoir fermé, sans circulation de liquide. Les échanges thermiques entre le liquide et l'alliage de la pièce ne se font alors plus que par conduction, ce qui toutefois peut être suffisant dans certains cas d'application. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette pièce alliage d'aluminium pour ensemble de traitement des gaz d'échappement qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en modifiant les formes de détail de la pièce en alliage d'aluminium, en particulier la forme ou les contours de la cavité de cette pièce ; en remplaçant le boîtier de sortie d'eau, ou une partie de ce boîtier, par un couvercle ou par une autre pièce de fermeture analogue, délimitant la cavité de la pièce en alliage d'aluminium de la même manière que le boîtier de sortie d'eau, afin de constituer le réservoir recevant le liquide de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Pièce de fonderie réalisée en alliage d'aluminium, destinée à un ensemble de traitement des gaz d'échappement recyclés d'un véhicule à moteur thermique, ladite pièce (16) comportant des conduits internes (20) prévus pour être parcourus par les gaz d'échappement, et un orifice d'entrée (21) pour le liquide de refroidissement du moteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comporte une cavité (22) en communication avec l'orifice d'entrée (21) pour le liquide de refroidissement, cavité (22) qui reçoit ainsi ce liquide en vue d'un refroidissement de ladite pièce (16). 15 2. Pièce de fonderie en alliage d'aluminium selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (22) recevant le liquide de refroidissement est creusée dans la face (23) de la pièce en alliage d'aluminium (16) contre laquelle est appliqué et fixé un boîtier de sortie (19) du liquide de refroidissement, 20 cette cavité (22) étant ainsi partiellement délimitée par ledit boîtier de sortie (19). 3. Pièce de fonderie en alliage d'aluminium selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cavité (22) creusée dans cette pièce (16) en alliage d'aluminium est délimitée par un boîtier de sortie (19) du liquide de refroidissement avec embout de sortie (28) décalé par rapport à l'axe de l'orifice d'entrée (21) pour le liquide de refroidissement, de manière à créer, dans la cavité (22), une circulation du liquide de refroidissement. 4. Pièce de fonderie en alliage d'aluminium selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cavité (22) forme, avec le boîtier de sortie (19) du liquide de refroidissement, un réservoir fermé sans circulation de liquide. 10 25 30 35 510 . Pièce de fonderie en alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que des nervures (29, 30) sont formées dans la paroi de la cavité (22), afin d'augmenter la surface d'échange thermique entre l'alliage d'aluminium et le liquide de refroidissement. 6. Pièce de fonderie en alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la cavité (22), et le cas échéant les nervures (29, 30), sont obtenues directement de moulage, lors de la fabrication de la pièce (16) par un procédé de fonderie.