Brevet FR2929561A1 — publié le 20091009

Dispositif de refroidissement pour véhicules automobiles L'invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Elle concerne plus partculièrement un dispositif de refroidissement comprenant un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et un refroidisseur d'air de suralimentation pour ledit moteur. On sait que les véhicules sont produits avec des plates-formes communes à plusieurs versions qui diffèrent entre elles par leurs motorisations et leurs équipements, notamment. 15 La plupart du temps le radiateur de refroidissement est commun à plusieurs motorisations, mais cela n'est pas le cas du refroidisseur d'air de suralimentation dont les performances et les dimensions doivent être adaptées à 20 chaque fois à une motorisation particulière. Il en résulte la nécessité de pouvoir monter, sur une même plate-forme, des échangeurs de chaleur différents, donc des modules d'échange de chaleur d'architectures différentes, 25 obligeant ainsi de modifier la structure de la plate-forme du véhicule destinée à recevoir le module. Il faut aussi tenir compte du fait que les refroidisseurs d'air de suralimentation peuvent, réaliser la fonction de 30 refroidissement par échange thermique soit avec de l'air, soit avec un liquide caloporteur, habituellement de l'eau, refroidi par un échangeur de chaleur supplémentaire, ce qui entraîne aussi des modifications de l'architecture du module. 35 En effet, en fonction de la motorisation et d'autres impératifs, il peut être plus approprié, dans certains cas, 10 d'utiliser un refroidisseur d'air de suralimentation à refroidissement par liquide et à basse température (échangeur air/liquide) plutôt qu'un refroidisseur traditionnel qui utilise de l'air pour la fonction de 5 refroidissement (échangeur air/air). Il est connu de prévoir, dans un véhicule, un circuit de refroidissement à haute température parcouru par un fluide caloporteur à haute température et un circuit de 10 refroidissement à basse température parcouru par un fluide caloporteur à basse température. Le fluide caloporteur est généralement le même dans les deux circuits, le plus souvent de l'eau additionnée d'un antigel. 15 Le circuit de refroidissement à haute température sert plus particulièrement au refroidissement du moteur du véhicule via le radiateur de refroidissement qui constitue alors un échangeur de chaleur à haute température. Le fluide caloporteur à haute température circule à une température 20 élevée, généralement comprise entre 85°C et 100°C. Dans le circuit de refroidissement à basse température, le fluide caloporteur se trouve à une température plus basse, généralement de l'ordre de 40°C à 60°C, et il traverse un 25 autre échangeur de chaleur, dit échangeur à basse température, qui nécessite d'être traversé par un fluide à plus basse température que celui qui traverse le radiateur de refroidissement du moteur pour optimiser la fonction de refroidissement. Cet échangeur à basse température peut 30 servir, par exemple, à refroidir un liquide caloporteur alimentant un refroidisseur d'air de suralimentation du type air/liquide tel que décrit plus haut. Il est déjà connu de former un ensemble ou module d'échange 35 de chaleur comprenant un radiateur de refroidissement du moteur, un condenseur de climatisation et un échangeur de chaleur à basse température, disposés dans cet ordre de l'avant vers l'arrière dans la direction longitudinale (axe X) du véhicule. Cette solution présente des inconvénients, notamment un encombrement important dans la direction longitudinale, ce qui pose un problème pour le respect des normes du choc Danner et peut provoquer en outre un échauffement de la température de l'air sur le condenseur et le radiateur de refroidissement du moteur véhicule (radiateur à haute température). Il est connu aussi de disposer le radiateur à basse température au-dessus du condenseur, ces deux échangeurs étant placés en avant du radiateur de refroidissement du 15 moteur (radiateur à haute température). Cependant, cette solution présente aussi des inconvénients entraînant un échauffement de la température de l'air sur le condenseur et :Le radiateur à haute température. Par 20 ailleurs, la hauteur de l'échangeur à basse température (qui est semi-surfacique) est défavorable pour la performance du condenseur. L'invention a notamment pour but de surmonter les 25 inconvénients précités. Elle propose à cet effet un dispositif de refroidissement du type défini plus haut, dans lequel le refroidisseur d'air de suralimentation est du type air/liquide et est 30 alimenté en liquide caloporteur par un échangeur de chaleur à basse température disposé horizontalement sous le radiateur de refroidissement du moteur pour former un module d'architecture donnée, cet échangeur de chaleur à basse température ayant un faisceau qui présente la même 35 hauteur dans la direction verticale qu'un refroidisseur d'air de suralimentation de type air/air qui serait disposé sous le radiateur de refroidissement du moteur. Cela permet, pour une même architecture de module, d'utiliser un échangeur de chaleur à basse température en lieu et place d'un refroidisseur d'air de suralimentation du type air/air. L'échangeur de chaleur à basse température pourra alors être relié à un refroidisseur d'air de suralimentation du type air/liquide implanté dans un endroit choisi du véhicule, à distance du module. L'invention permet ainsi de tirer profit de l'existence d'un circuit à basse température pour refroidir le flux d'air de suralimentation par un liquide caloporteur à basse température produit par l'échangeur à basse température, tout en conservant une même architecture de module. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le faisceau de l'échangeur à basse température comprend deux rangs de tubes propres à être balayés successivement par un flux d'air et formant respectivement deux passes pour la circulation du fluide caloporteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le faisceau de l'échangeur à basse température est dimensionné de telle sorte que chacune des passes présente une section interne de passage (Si) pour le fluide caloporteur qui obéisse à la relation : 0,088 x H2 x Li # Si # 0,136 x H2 x Li où H2 désigne la hauteur du faisceau dans la direction verticale et Li désigne la largeur interne d'un tube dans la direction horizontale. Le faisceau précité peut comprendre deux rangs de tubes 35 séparés débouchant dans deux boîtes collectrices à deux extrémités du faisceau. On préfère toutefois que ce faisceau comprenne un seul rang d'éléments comprenant chacun deux tubes de circulation qui communiquent entre eux à une extrémité de l'élément pour former un retour et débouchent à une autre extrémité de l'élément dans deux compartiments respectifs d'une boîte collectrice. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, comprenant un radiateur de refroidissement situé au-dessus d'un échangeur de chaleur à basse température et raccordé à un 15 refroidisseur d'air de suralimentation de type air/liquide ; - la figure 2 est une vue de face de l'échangeur de chaleur à basse température de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur à basse température, dont le faisceau comporte deux rangs de tubes ; 25 - la figure 4 est une vue en plan, avec arrachement partiel, d'un autre échangeur de chaleur à basse température, dont le faisceau comporte un seul rang de tubes à deux canaux de circulation ; 30 - la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale du faisceau d'un échangeur de chaleur à basse température montrant la section interne de passage que présente chacune des deux passes de circulation ; et 35 - la figure 6 est une vue en perspective d'un dispositif de refroidissement analogue à celui de la figure 1. 20 6 On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement un dispositif de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile comprenant un module de refroidissement 10. Ce module comporte un radiateur de refroidissement 12 du moteur disposé au-dessus d'un échangeur de chaleur à basse température 14. Cet échangeur 14 est raccordé à un refroidisseur d'air de suralimentation 16 de type air/liquide via des conduits 18 et 20 de circulation d'un fluide caloporteur. Le refroidisseur d'air de suralimentation 16 est destiné au même moteur et situé à distance du module, donc déporté pour être implanté dans un endroit choisi dans le compartiment moteur du véhicule. Il permet de produire un flux d'air de suralimentation AS refroidi destiné au moteur. Le radiateur de refroidissement 12 constitue un échangeur à haute température qui est traversé par le même fluide caloporteur que l'échangeur de chaleur à basse température 14. Ce fluide caloporteur est constitué ici d'un liquide tel que de l'eau additionnée d'un antigel. À titre d'exemple, la température du fluide caloporteur dans le radiateur de refroidissement 12 à haute température est comprise entre 85°C et 100°C, tandis que celle du fluide caloporteur dans l'échangeur à basse température 14 est de l'ordre de 40°C à 60°C. Le radiateur 12 et l'échangeur 14 ont des faisceaux respectifs superposés dans un plan verticalement et comportant des tubes horizontaux. Les deux faisceaux sont balayés par un même flux d'air assurant le refroidissement du liquide caloporteur. Le module 10 possède une architecture spécifique destinée à être implantée sur une plate-forme P de véhicule automobile représentée schématiquement. Les échangeurs 12 et 14 ont des hauteurs respectives Hl et H2 dans la direction verticale, dont la somme correspond à une hauteur totale HT qui détermine l'architecture du module. Pour une architecture donnée, la hauteur Hl du radiateur 12 est intimement liée à la hauteur H2 de l'échangeur 14 en fonction des différents besoins thermiques de ces deux échangeurs. Selon l'invention, la hauteur H2 de l'échangeur 14 à basse température est choisie pour être égale à celle d'un refroidisseur d'air de suralimentation classique du type air/air qui serait implanté directement en dessous du radiateur. Les hauteurs H1 et H2 sont donc déterminées en fonction d'une motorisation, la hauteur H2 étant fixée pour un refroidisseur d'air de suralimentation fonctionnant avec un refroidissement par air. L'invention propose de conserver la même architecture du module pour le cas où le refroidisseur d'air de suralimentation classique (air/air) est remplacé par un échangeur de chaleur à basse température qui est refroidi par un liquide et non par de l'air. Autrement dit, l'invention propose pour cela de conserver la même hauteur H2 pour l'échangeur 14 à basse température mais de faire varier les autres dimensions de cet échangeur. Comme on le voit sur la figure 2, l'échangeur 14 à basse température comprend un faisceau 22 s'étendant horizontalement entre deux boîtes collectrices 24 et 26 à direction générale verticale. Le faisceau proprement dit présente la hauteur H2 dans la direction verticale (axe Z), ainsi qu'une longueur L dans la direction horizontale correspondant à l'axe transversal du véhicule (axe Y) et une profondeur E dans la direction horizontale correspondant à l'axe longitudinal du véhicule (axe X). L'échangeur 14 conserve la même hauteur H2 et la même longueur L qu'un refroidisseur d'air de suralimentation du type air/air qui serait disposé à sa place, mais il présente une épaisseur E différente. Ainsi, avec une même architecture de module on peut utiliser un échangeur de chaleur à basse température 14 en lieu et place d'un refroidisseur d'air de suralimentation refroidi par air, tout en conservant sensiblement les mêmes performances. Ceci permet en outre de placer le refroidisseur 16 dans un endroit choisi du véhicule en fonction des possibilités d'implantation offertes. Généralement, l'épaisseur E de l'échangeur 14 sera supérieure à l'épaisseur du faisceau du radiateur 12, mais inférieure à l'épaisseur d'un refroidisseur fonctionnant à l'air, ce qui minimise l'encombrement dans la direction longitudinale et est donc favorable pour l'implantation dans un véhicule automobile. Il s'est avéré avantageux que l'échangeur de chaleur à basse température 14 comprenne deux rangs de tubes circulation qui, comme mentionné plus haut, sont horizontaux. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, le faisceau 22 de l'échangeur 14 comprend deux rangs de tubes séparés 28 et 30 débouchant dans les deux boîtes collectrices 24 et 26 situées respectivement aux deux extrémités du faisceau. La boîte collectrice 24 comprend deux tubulures 32 et 34 servant respectivement à l'entrée et à la sortie du liquide caloporteur. De ce fait, ce liquide circule dans une première nappe du faisceau comme représenté par la flèche F1 puis à contre courant dans une deuxième nappe du faisceau comme représenté par la flèche F2, pour former respectivement deux passes de circulation P1 et P2. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, on utilise aussi un échangeur à deux rangs de tubes de circulation. Toutefois, le faisceau 22 de l'échangeur 14 est formé ici d'un seul rang d'éléments 36 qui comprennent chacun deux tubes de circulation 38 et 40. Ces deux tubes sont séparés par une cloison longitudinale 42 qui s'étend sur toute la longueur de l'élément mais qui présente des interruptions 44 à proximité d'une extrémité 46 de l'élément pour permettre un retour de fluide comme montré par les flèches sur la figure 4. À l'autre extrémité 48 de l'élément, les tubes de circulation 38 et 40 débouchent respectivement dans deux compartiments 50 et 52 de la boîte collectrice 18, cette dernière comportant deux tubulures 32 et 34 analogues à celles de la figure 3. La circulation du fluide s'effectue de manière analogue à la figure 3 en deux passes de circulation P1 et P2, comme représenté par les flèches F1 et F2. La figure 5 montre en coupe transversale les tubes 28 et 30 du faisceau 22 d'un échangeur de chaleur à basse température 14. Le faisceau 22 comprend N tubes 28 formant la première passe P1 de circulation et N tubes 30 formant la deuxième passe P2 de circulation, avec N = 5 dans l'exemple représenté. Le faisceau 22 est destiné à être traversé par un flux d'air A, comme représenté par une flèche, qui balaye successivement les passes P1 et P2. Il a été constaté que l'on pouvait optimiser les performances thermiques de l'échangeur de chaleur 14 à condition que le faisceau 22 soit dimensionné de telle sorte que chacune des passes P1 et P2 présente une section interne de passage, désignée par Si, pour le fluide caloporteur qui obéisse à la relation : 0,088 x H2 x Li # Si # 0,136 x H2 x Li où H2 désigne la hauteur du faisceau 22 dans la direction verticale et Li désigne la largeur interne d'un tube dans la direction horizontale. Les sections internes de passages Si pour les passes P1 et P2 sont égales et représentées respectivement par des hachures sont inclinées de manière différente. Si l'on désigne par hi la hauteur interne de chaque tube 28 ou 30, on peut aussi définir chacune des sections internes précitées par l'égalité suivante Si = N x (Li x hi) si l'on suppose que les tubes ont chacun une section transversale rectangulaire de largeur Li et de hauteur hi. Dans un exemple de réalisation, la largeur interne Li de chaque tube est de 24,96 mm, la hauteur H2 du faisceau est de 126,25 mm, et la surface interne de passage Si est de 423 mm2. La relation précédente est bien vérifiée étant donné que 277,3 mm2 # Si # 428,5 mm2. La figure 6 représente un mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement 10 selon l'invention comportant un radiateur de refroidissement 12 disposé verticalement et au-dessus d'un échangeur de chaleur à basse température 14. Les éléments constitutifs du dispositif 10 sont désignés par les mêmes références que sur les figures 1 et 2. L'invention s'applique au domaine des véhicules automobiles. Revendications1. Dispositif de refroidissement comprenant un radiateur de refroidissement (12) d'un moteur de véhicule automobile et un refroidisseur d'air de suralimentation (16) pour ledit moteur, caractérisé en ce que le refroidisseur d'air de suralimentation (16) est du type air/liquide et est alimenté en liquide caloporteur par un échangeur de chaleur à basse température (14) disposé horizontalement sous le radiateur de refroidissement du moteur (12) pour former un module (10) d'architecture donnée, cet échangeur de chaleur à basse température (14) ayant un faisceau (22) qui présente la même hauteur (H2) dans la direction verticale qu'un refroidisseur d'air de suralimentation de type air/air qui serait disposé sous le radiateur de refroidissement du moteur, ce qui permet, pour une même architecture de module, d'utiliser un échangeur de chaleur à basse température (14) en lieu et place d'un refroidisseur d'air de suralimentation refroidi par air. 2. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le faisceau (22) de l'échangeur à basse température (14) comprend deux rangs de tubes (28, 30 ; 38, 40) propres à être balayés successivement par un flux d'air (A) et formant respectivement deux passes (P1, P2) pour la circulation du fluide caloporteur. 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau (22) de l'échangeur à basse température (14) est dimensionné de telle sorte que chacune des passes (P1, P2) présente une section interne de passage (Si) pour le fluide caloporteur qui obéisse à la relation : 1112 0,088 x H2 x Li # Si # 0,136 x H2 x Li où H2 désigne la hauteur du faisceau (22) dans la direction verticale et Li désigne la largeur interne d'un tube dans 5 la direction horizontale. 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau (22) de l'échangeur à basse température comprend deux rangs de tubes séparés (28, 10 30) débouchant dans deux boîtes collectrices (24, 26) à deux extrémités du faisceau. 5. Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau (22) de l'échangeur à 15 basse température comprend un seul rang d'éléments (36) comprenant chacun deux tubes de circulation (38, 40), qui communiquent entre eux à une extrémité (46) de l'élément pour former un retour et débouchent à une autre extrémité (48) de l'élément dans deux compartiments respectifs (50, 20 52) d'une boîte collectrice (54). 6. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le refroidisseur d'air de suralimentation (16) du type 25 air/liquide est déporté du module (10) et raccordé à l'échangeur de chaleur à basse température (14) par des conduits de circulation de fluide caloporteur (18, 20).