Brevet FR2980838A1 — publié le 20130405

Échangeur thermique L'invention concerne un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un échangeur thermique pour circuit d'alimentation en air d'un moteur de véhicule automobile. L'invention s'applique au domaine général de l'alimentation en air des moteurs de véhicules automobiles, et plus particulièrement aux moteurs dont l'air d'alimentation provient d'un compresseur ou d'un turbocompresseur, on parle alors d'air de 10 suralimentation. Il est connu de refroidir l'air de suralimentation sortant du compresseur au moyen d'un échangeur thermique qui est aussi appelé refroidisseur d'air de suralimentation (en abrégé RAS). Dans ce cas, l'échangeur thermique RAS permet de refroidir l'air de 15 suralimentation du moteur par échange thermique avec un autre fluide comme de l'air extérieur ou un liquide comme l'eau du circuit de refroidissement du moteur, formant ainsi un échangeur du type air/air ou liquide/air. De tels échangeurs comportent généralement un faisceau d'échange thermique comprenant un empilement de tubes ou de plaques définissant des canaux de circulation 20 respectifs pour les fluides, de façon à permettre un échange thermique entre les deux fluides circulant au sein du faisceau. Le faisceau est de façon connue reçue dans un carter. Un tel carter peut comporter des plaques d'extrémité de part et d'autre de l'empilement des plaques ou des tubes du faisceau définissant les canaux de circulation des fluides, et généralement une 25 ou plusieurs joues latérales reliant ces plaques d'extrémité. Afin de permettre l'admission au sein du faisceau puis l'évacuation du fluide, des boîtes collectrices d'entrée et de sortie de fluide sont, selon une solution connue, rapportées sur le carter recevant le faisceau d'échange thermique. Le carter recevant le faisceau joue un rôle structurel en participant à la rigidité 30 de l'échangeur. -2- Cependant, en fonctionnement, la pression de suralimentation peut déformer le carter, en particulier les joues latérales du carter. Cette pression engendre un niveau de contrainte mécanique qui peut être supérieur à la limite du matériau utilisé. Il est connu d'augmenter l'épaisseur du matériau ou encore de prévoir des composants supplémentaires pour résister à de telles contraintes mécaniques. Par ailleurs, pour limiter notamment les coûts de fabrication d'un échangeur on tend de plus en plus vers une épaisseur réduite des matériaux. Cependant, cela entraîne une résistance réduite aux contraintes mécaniques. L'invention a pour objectif de proposer un échangeur thermique ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. À cet effet, l'invention a pour objet un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant : un faisceau d'échange thermique entre fluides, un carter de réception dudit faisceau, une boîte collectrice d'entrée de fluide, et une boîte collectrice de sortie de fluide, caractérisé en ce que ledit carter présente au moins une zone d'absorption de contraintes, adjacente à ladite au moins une boîte collectrice d'entrée, de façon à résister aux contraintes mécaniques exercées sur ledit carter lors de l'écoulement dudit fluide dans ledit faisceau depuis ladite boîte d'entrée de fluide vers ladite boîte de sortie de fluide. Ledit échangeur peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : ledit carter comporte au moins deux plaques d'extrémité de part et d'autre dudit faisceau dans le sens d'empilement de canaux de circulation de fluide, et au moins une joue latérale reliant lesdites au moins deux plaques d'extrémité, et ladite au moins une joue latérale présente au moins une zone d'absorption de contraintes; ladite au moins une zone d'absorption présente au moins une surface convexe, la convexité étant orientée vers la direction générale de contraintes; -3- ladite au moins une surface convexe est ménagée sensiblement au centre de ladite au moins une joue latérale; ladite au moins une surface convexe s'étend sensiblement sur toute ladite au moins une joue latérale; ledit carter comporte des moyens de rigidification formés d'une seule pièce avec ledit carter; lesdits moyens de rigidification sont réalisés par déformation dudit carter; ladite au moins une zone d'absorption de contraintes comporte des moyens de rigidification; ladite au moins une joue latérale présente au moins une bordure repliée selon une arête de pliage, pour le raccordement à une plaque d'extrémité, et ladite au moins une joue latérale présente des moyens rigidification agencés sensiblement au niveau de l'arête de pliage; ladite au moins une joue latérale comporte des moyens de limitation de contraintes sur au moins une zone de raccordement à une plaque d'extrémité; ladite au moins une joue latérale présente au moins une gorge de limitation de contraintes sur au moins un contour périphérique de ladite au moins une joue latérale; ledit échangeur est configuré pour le refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile et en ce que ladite boîte collectrice de sortie de fluide est configurée pour l'admission de l'air de suralimentation audit moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non 25 limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente un échangeur thermique, la figure 2 est une vue schématique et simplifiée d'une surface convexe d'une joue latérale du carter de l'échangeur de la figure 1, et la figure 3 représente une variante de l'échangeur thermique avec une joue latérale 30 présentant deux surfaces convexes. -4- Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. On a représenté sur la figure 1, un échangeur 1 thermique notamment pour véhicule automobile. Cet échangeur est destiné à être disposé dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur. Un tel échangeur 1 est notamment configuré pour refroidir l'air de 10 suralimentation pour un moteur thermique du véhicule automobile. Cet échangeur 1 comporte un faisceau de tubes ou de plaques pour l'échange thermique entre un premier fluide tel que de l'air de suralimentation et un deuxième fluide tel que du liquide de refroidissement. Ce faisceau de tubes ou de plaques est reçu dans un carter 3. 15 L'échangeur 1 comporte en outre une première boîte collectrice 5 pour l'entrée du premier fluide, et une deuxième boîte collectrice 7 pour la sortie du fluide. Selon le mode de réalisation décrit, la boîte de sortie 7 est fixée sur la culasse du moteur (non représenté) pour permettre l'admission de l'air refroidi, et forme donc une boîte d'admission du premier fluide. 20 Selon l'exemple illustré, le carter 3 comporte par exemple : deux plaques d'extrémité 9 de part et d'autre du faisceau dans le sens d'empilement des plaques ou des tubes définissant les canaux de circulation de fluide, et au moins une joue latérale 11,12 reliant les deux plaques d'extrémité 9. 25 Selon le mode de réalisation illustré, l'échangeur 1 comporte une première joue latérale 11 adjacente à la boîte d'entrée 5, et une deuxième joue latérale12. La première joue latérale 11 est agencée à proximité de la boîte d'entrée 5 et se situe donc sensiblement au niveau de l'arrivée de l'air de suralimentation par rapport au sens d'écoulement d'air. 30 On parle dons de joue frontale 11 par rapport au sens d'écoulement du fluide. La -5- partie arrière de l'échangeur 1 est définie par la boîte de sortie 7 montée sur la culasse du moteur (non représenté). La ou les joues latérales 11,12 présentent des zones de raccordement aux plaques d'extrémité 9. Selon l'exemple illustré, les joues latérales 11,12 présentent respectivement des bordures périphériques 15,17 repliées pour le raccordement aux plaques d'extrémité. Ces bordures 15,17 sont pliées selon une arête de pliage 19. Ces bordures 15,17 sont maintenues aux plaques d'extrémité 9 par exemple par sertissage. L'ensemble est par exemple brasé par la suite. Le carter 3 comporte en outre au moins une zone d'absorption de contraintes pour résister aux contraintes exercées sur le carter 3 lors de l'écoulement de l'air de suralimentation. La ou les zones d'absorption sont agencées adjacentes à la boîte d'entrée 5. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, c'est la première joue latérale 11 qui présente une telle zone d'absorption. Il s'agit par exemple de prévoir une surface sensiblement convexe 13 sur la joue latérale 11, comme cela est représenté de façon schématique sur la figure 2. La convexité est orientée vers la direction générale de contraintes exercées sur le carter 3 lors de l'écoulement de l'air de suralimentation, tel que l'illustre de façon schématique la flèche F. Cette surface convexe 13 est ici agencée sensiblement au centre de la joue latérale 11. De plus, cette surface convexe 13 s'étend sensiblement sur toute la joue latérale 11. Cette surface 13 s'étend donc sensiblement sur toute la hauteur et sur toute la largeur de la joue latérale 11. Une telle surface convexe 13 permet de limiter les déplacements de la surface de la joue latérale 11 lors de l'écoulement de l'air de suralimentation de la boîte d'entrée 5 30 vers la boîte de sortie 7. -6- En effet, on obtient une joue latérale 11 qui est plus rigide et qui résiste donc mieux aux contraintes mécaniques exercées sur la joue latérale 11 lors de l'écoulement de l'air de suralimentation vers le moteur (non représenté). Pour un même ordre de résistance aux contraintes mécaniques, on peut alors 5 prévoir une joue latérale 11 plus fine que dans l'art antérieur. À titre d'exemple, pour un même ordre de résistance, on peut passer d'une joue de 3mm d'épaisseur à une joue de 1,5mm d'épaisseur présentant une telle surface convexe 13. Selon une variante de réalisation, on peut prévoir que la joue latérale 11 présente deux surfaces convexes 13 au lieu d'une seule, comme l'illustre la figure 3. 10 Avec ces deux surfaces convexes 13, la joue latérale 11 est d'autant plus résistante; ce qui permet encore de diminuer l'épaisseur de la joue 11. Le carter 3 peut également présenter des moyens de rigidification (non représentés sur les figures). 15 Ces moyens de rigidification sont formés d'une seule pièce avec le carter 3. Par exemple, les moyens de rigidification sont réalisés par déformation du carter 3. Les moyens de rigidification sont par exemple ménagés au niveau de la ou des zones d'absorption de contraintes du carter 3. En alternative ou en complément de la surface convexe 13, la joue latérale 11 20 peut présenter de tels moyens de rigidification. On peut citer comme exemple, de moyens de rigidification des déformations sensiblement en forme de croix. Une telle déformation en croix peut être prévue sensiblement au centre de la joue latérale 11 ou au centre de la ou des surface(s) convexe(s) 13 de la joue 11. 25 On peut en variante prévoir des déformations réalisées sensiblement en forme de dômes. Selon une variante de réalisation, la première joue latérale 11 peut présenter des moyens de rigidification au niveau de l'arête de pliage 19 des bordures périphériques 15 repliées pour le raccordement avec les plaques d'extrémité 9. 30 De tels moyens de rigidification peuvent par exemple être réalisés par -7- déformation de matière de la joue 11, en formant par exemple une bosse, au niveau de l'arête de pliage 19. Ces moyens de rigidification présentent par exemple une forme sensiblement triangulaire dont le sommet est au niveau de l'arête de pliage 19 et dont la base relie la bordure périphérique 15 repliée et la joue latérale 11. De tels moyens de rigidification sont généralement appelés « bulldozers ». En outre, le carter 3 peut comporter des moyens de limitation de contraintes 21 sur une ou plusieurs zones de raccordement de la ou des joues latérales 11,12 avec les plaques d'extrémité 9. Selon le mode de réalisation illustré, la première joue latérale 11 comporte de tels moyens de limitation 21 sur ses contours périphériques. À titre d'exemple, les moyens de limitation peuvent comporter des gorges 21 de limitation (cf figure 2). Selon le mode de réalisation illustré, la première joue latérale 11 comporte donc 15 des gorges 21 de limitation sur ses contours périphériques formant zones de raccordement avec les plaques d'extrémité 9. Par ailleurs, le carter 3 peut porter encore des tubulures d'entrée et de sortie 23 pour le second fluide (cf figure 3). 20 En se référant à nouveau à la figure 1, les boîtes collectrices 5,7, quant à elles sont par exemple réalisées par moulage. Les boîtes collectrices 5 et 7 sont disposées de sorte qu'après avoir traversé le faisceau, l'air refroidi quitte l'échangeur 1 pour alimenter le moteur. 25 Pour cela, la boîte d'entrée 5 communique avec un conduit d'entrée d'air 25. Afin de permettre l'admission de l'air refroidi dans chacun des cylindres du moteur (non représenté), la boîte de sortie 7 est ouverte pour permettre le passage de l'air refroidi vers le moteur. Le positionnement des boîtes d'entrée 5 et de sortie 7 est donné à titre illustratif. 30 -8- Ainsi, l'air de suralimentation pénètre dans l'échangeur 1 par la boîte d'entrée 5 pour le premier fluide, circule dans le faisceau 3 d'échange thermique puis sort de l'échangeur 1 par la boîte de sortie 7 pour le premier fluide afin d'alimenter le moteur (non représenté). Quant au second fluide, il pénètre dans le faisceau d'échange thermique, par une tubulure d'entrée 23 pour le second fluide, circule dans le faisceau d'échange thermique, pour échanger de la chaleur avec l'air de suralimentation à refroidir et quitte ensuite le faisceau d'échange thermique par une tubulure de sortie 23 pour le second fluide. On comprend donc qu'un tel carter 3 d'échangeur thermique pour admettre l'air de suralimentation au moteur thermique, résiste mieux aux contraintes exercées lors de l'écoulement de l'air dans l'échangeur 1 du fait de la zone d'absorption prévue par exemple par une ou plusieurs surfaces convexes de la joue latérale 11 adjacente à la boîte d'entrée 5, et/ou du fait de déformations de géométries variables de cette joue latérale 11. REVENDICATIONS1. Échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, ledit échangeur comprenant : un faisceau d'échange thermique entre fluides, un carter (3) de réception dudit faisceau, une boîte collectrice d'entrée (5) de fluide, et une boîte collectrice de sortie (7) de fluide, caractérisé en ce que ledit carter présente au moins une zone d'absorption de contraintes, adjacente à ladite au moins une boîte collectrice d'entrée (5), de façon à résister aux contraintes mécaniques exercées sur ledit carter (3) lors de l'écoulement dudit fluide dans ledit faisceau depuis ladite boîte d'entrée (5) de fluide vers ladite boîte de sortie (7) de fluide. 2. Échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que : ledit carter comporte au moins deux plaques d'extrémité (9) de part et d'autre dudit faisceau dans le sens d'empilement de canaux de circulation de fluide, et au moins une joue latérale (11) reliant lesdites au moins deux plaques d'extrémité (9), et en ce que ladite au moins une joue latérale (11) présente au moins une zone d'absorption de contraintes. 3. Échangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une zone d'absorption présente au moins une surface convexe (13), la convexité étant orientée vers la direction générale de contraintes. 4. Échangeur selon la revendication 2 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au moins une surface convexe (13) est ménagée sensiblement au centre de ladite au moins une joue latérale (11). 5. Échangeur selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite au moins une surface convexe-10- (13) s'étend sensiblement sur toute ladite au moins une joue latérale (11). 6. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit carter (3) comporte des moyens de rigidification formés d'une seule pièce avec ledit carter. 7. Échangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de rigidification sont réalisés par déformation dudit carter. 8. Échangeur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite au moins une zone d'absorption de contraintes comporte des moyens de rigidification. 9. Échangeur selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une des quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite au moins une joue latérale (11) présente au moins une bordure (15) repliée selon une arête de pliage (19), pour le raccordement à une plaque d'extrémité (9), et en ce que ladite au moins une joue latérale (11) présente des moyens rigidification agencés sensiblement au niveau de l'arête de pliage (19). 10. Échangeur selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une joue latérale (11) comporte des moyens de limitation de contraintes sur au moins une zone de raccordement à une plaque d'extrémité (9). 11. Échangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite au moins une joue latérale (11) présente au moins une gorge (21) de limitation de contraintes sur au moins un contour périphérique de ladite au moins une joue latérale (11). 12. Échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour le refroidissement d'air de suralimentation d'un moteur de véhicule automobile et en ce que ladite boîte collectrice de sortie (7) de fluide est configurée pour l'admission de l'air de suralimentation audit moteur.