Brevet FR3058786A1 — publié le 20180518

ÉCHANGEUR THERMIQUE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE L'HUILE DE LUBRIFICATION DANS UN MOTEUR THERMIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de l'automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un échangeur thermique destiné au refroidissement de l'huile de lubrification dans un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne également un dispositif de refroidissement d'huile de lubrification intégrant ledit échangeur thermique. [2] Dans le contexte de la réduction des rejets polluants des véhicules automobiles, les normes européennes d'émission, dites normes « Euro », imposent de fortes baisses des limites acceptables pour ces rejets. Entre la norme « Euro 1 » et la norme « Euro 7 », pour le taux de CO2 notamment, il est prévu une baisse des émissions d'environ 80% sur les motorisations de type Diesel et d'environ 60% sur les motorisations de type essence. [3] La perte d'énergie mécanique par frottement dans le moteur thermique d'un véhicule automobile est de l'ordre de 20% de l'énergie totale libérée par la combustion du 15 carburant. La réduction des frottements mécaniques dans le moteur thermique est donc un objectif pour les constructeurs automobiles afin de diminuer les émissions polluantes. [4] L'utilisation d'une huile à très basse viscosité est une solution envisagée pour obtenir une baisse de la consommation de carburant et corrélativement une diminution des émissions polluantes. Cependant, l'huile à très basse viscosité pose des contraintes 20 supplémentaires en termes de maîtrise de sa température de fonctionnement pour la viscosité voulue et pour éviter un vieillissement prématuré. Ainsi, une huile à très basse viscosité devra typiquement ne pas dépasser une température de fonctionnement de l'ordre de 125°C pour conserver une viscosité de 4cSt, alors que les huiles de lubrification actuellement utilisées dans les moteurs thermiques peuvent conserver une viscosité de 25 4cSt jusqu'à une température de l'ordre de 145°C. [5] Par le document JP93836274 de la technique antérieure, il est connu un échangeur thermique à plaques pour le refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique. L'échangeur comporte plusieurs plaques d'échange empilées et intègre deux circuits de fluides séparés et distincts. Dans cet échangeur thermique, l'un des 30 circuits est dédié à l'huile de lubrification à refroidir et l'autre circuit à un liquide de refroidissement tel que celui du moteur thermique. 305 8 786 2 [006] Les échangeurs de la technique antérieure, comme celui décrit dans JP93836274, trouvent des applications dans les dispositifs de refroidissement pour les huiles de lubrification actuellement utilisées, mais ne conviennent pas pour les huiles à très basse viscosité car leur capacité de refroidissement reste limitée. 5 [007] Il apparaît aujourd'hui souhaitable de proposer un échangeur thermique d'un type nouveau ayant une capacité de refroidissement accrue, le rendant apte au refroidissement d'huiles à très basse viscosité dans les moteurs thermiques. [8] Selon un premier aspect, l'invention concerne un échangeur thermique de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique, l'échangeur comportant 10 une pluralité de plaques empilées définissant entre elles une pluralité d'espaces interplaques, des conduits d'entrée de fluide et des conduits de sortie de fluide mettant en communication des espaces interplaques entre eux pour créer des premier et deuxième circuits d'échange thermique, le premier circuit d'échange thermique étant destiné à l'huile de lubrification et le deuxième circuit d'échange thermique étant destiné à un premier fluide de refroidissement. Conformément à l'invention, l'échangeur comprend un troisième circuit d'échange thermique destiné à un deuxième fluide de refroidissement. [9] Cette architecture de l'échangeur selon l'invention avec deux circuits d'échange thermique dédiés à deux fluides de refroidissement distincts, autorise une utilisation de l'échangeur pour le refroidissement d'une huile de lubrification à très basse viscosité. [0010] Selon une caractéristique particulière, l'échangeur thermique comprend des premier, deuxième et troisième conduits d'entrée de fluide et des premier, deuxième et troisième conduits de sortie de fluide pour les premier, deuxième et troisième circuits d'échange thermique, respectivement. [0011] Selon une autre caractéristique particulière, l'échangeur thermique comprend 25 neuf espaces interplaques, chacun des premier, deuxième et troisième circuits d'échange thermique comprenant trois espaces interplaques dédiés. [0012] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule automobile. Conformément à l'invention, le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification 30 comprend un échangeur thermique tel que décrit brièvement ci-dessus, un premier circuit de circulation d'huile de lubrification établi à travers l'échangeur et raccordé à un dispositif 3058786 3 de lubrification du moteur thermique, un deuxième circuit de circulation d'un premier fluide de refroidissement établi à travers l'échangeur et raccordé à un premier dispositif de refroidissement du véhicule, et un troisième circuit de circulation d'un deuxième fluide de circulation établi à travers l'échangeur et raccordé à un deuxième dispositif de 5 refroidissement du véhicule. [0013] Selon une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification comprend aussi un dispositif de thermostat commandant la circulation dans le troisième circuit du deuxième fluide de refroidissement en fonction de la température de l'huile de lubrification. 10 [0014] Selon une première variante de réalisation particulière, le premier fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement à haute température et le premier dispositif de refroidissement du véhicule est le dispositif de refroidissement du moteur thermique, et le deuxième fluide de circulation est un liquide de refroidissement à basse température et le deuxième dispositif de refroidissement du véhicule est un dispositif de 15 refroidissement auxiliaire de celui-ci. [0015] Selon une deuxième variante de réalisation particulière, le premier fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement à haute température et le premier dispositif de refroidissement du véhicule est le dispositif de refroidissement du moteur thermique, et le deuxième fluide de circulation est un liquide frigorigène et le deuxième 20 dispositif de refroidissement du véhicule est un dispositif de climatisation de celui-ci. [0016] Selon une troisième variante de réalisation particulière, le premier fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement à basse température et le premier dispositif de refroidissement du véhicule est un dispositif de refroidissement auxiliaire, et le deuxième fluide de circulation est un liquide frigorigène et le deuxième dispositif de refroidissement du véhicule est un dispositif de climatisation de celui-ci. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.1 est une vue en coupe simplifiée montrant l'architecture d'une forme de 30 réalisation particulière d'un échangeur thermique selon l'invention ; la Fig.2 est une vue de dessus simplifiée de l'échangeur thermique selon l'invention de la Fig.1 ; 3058786 4 la Fig.3 est un bloc-diagramme montrant une première forme de réalisation particulière d'un dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'invention ; et la Fig.4 est un bloc-diagramme montrant une deuxième forme de réalisation particulière d'un dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'invention ; 5 [0018] En référence aux Figs.1 et 2, il est décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière 1 d'un échangeur thermique selon l'invention. [0019] L'échangeur thermique 1 est un échangeur à plaques. Ce type d'échangeur autorise une très grande compacité. Cela facilite son intégration dans le compartiment du moteur thermique du véhicule automobile. 10 [0020] De manière connue, l'échangeur thermique 1 est formé à partir d'un empilement de plaques semblables, typiquement rectangulaires, gardant entre elles des espaces interplaques autorisant des circulations de fluides et des échanges thermiques entre ceux-ci. Des conduits d'entrée et des conduits de sortie de fluides sont agencés transversalement aux plans des plaques et mettent en communication des espaces 15 interplaques entre eux pour créer des circuits d'échange thermique. La fixation mécanique de l'ensemble ainsi formé et l'étanchéité des circuits d'échange thermique sont obtenues typiquement par brasage ou soudage des plaques entre elles au niveau de leurs flancs, en leurs circonférences, et des conduits aux plaques au niveau d'orifices de traversée des conduits. 20 [0021] Conformément à l'invention, l'échangeur thermique 1 est prévu pour la circulation de trois fluides distincts, à savoir, l'huile de lubrification TBV à refroidir et des premier et deuxième fluides de refroidissement RE1 et RE2. [0022] Comme montré aux Figs.1 et 2 dans cette forme de réalisation, l'échangeur thermique 1 comprend une pluralité de neuf espaces interplaques 1 a, 1 b, lc, 2a, 2b, 2c et 25 3a, 3b, 3c, et des conduits d'entrée CE1, CE2, CE3 et de sortie CS1, CS2, CS3 de fluides. Bien entendu, le nombre d'espaces interplaques et le nombre des conduits d'entrée et sortie dépendront de l'application de l'échangeur selon l'invention, plus précisément de la surface d'échange nécessaire pour une puissance calorifique à évacuer. [0023] Les espaces interplaques 1 a, lb et 1 c sont dédiés à l'huile de lubrification TBV. 30 Ces espaces interplaques 1 a, lb et 1 c sont en communication entre eux à travers les 3058786 5 conduits d'entrée CE1 et de sortie CS1 et forment un circuit étanche d'échange thermique de l'huile TBV avec les fluides de refroidissement RE1 et RE2. [0024] Les espaces interplaques 2a, 2b et 2c sont dédiés au premier fluide de refroidissement RE1. Ces espaces interplaques 2a, 2b et 2c sont en communication entre 5 eux à travers les conduits d'entrée CE2 et de sortie CS2 et forment un circuit d'échange thermique du fluide de refroidissement RE1 avec l'huile TBV et le fluide de refroidissement RE2. [0025] Les espaces interplaques 3a, 3b et 3c sont dédiés au deuxième fluide de refroidissement RE2. Ces espaces interplaques 3a, 3b et 3c sont en communication entre 10 eux à travers les conduits d'entrée CE3 et de sortie CS3 et forment un circuit d'échange thermique du fluide de refroidissement RE2 avec l'huile TBV et le fluide de refroidissement RE1. [0026] Comme cela apparaît à la Fig.1, les espaces interplaques sont superposés, verticalement dans l'exemple de la Fig.1, et en contact thermique entre eux à travers les 15 plaques et les conduits d'entrée CE et de sortie CS. Dans cette forme de réalisation, de haut en bas à la Fig.1, la superposition des espaces interplaques est la suivante : la (huile TBV), 2a (fluide RE1), 3a (fluide RE2), 20 lb (huile TBV), 2b (fluide RE1), 3b (fluide RE2), 1 c (huile TBV), 2c (fluide RE1), 25 3c (fluide RE2). [0027] L'échangeur thermique 1 selon l'invention peut être intégré dans différentes formes de réalisation d'un dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification du moteur thermique. [0028] En référence également à la Fig.3, il est maintenant décrit trois variantes d'une 30 première forme de réalisation 4A d'un dispositif de refroidissement d'huile de lubrification intégrant l'échangeur thermique 1 selon l'invention. 3058786 6 [0029] Le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification 4A comporte l'échangeur thermique 1 dans lequel sont établis trois circuits de circulation de fluides. [0030] Un premier circuit Cl est le circuit de circulation de l'huile de lubrification TBV à refroidir. Ce premier circuit Cl est raccordé au dispositif de lubrification 5 du moteur 5 thermique et autorise un refroidissement de l'huile TBV. Un deuxième circuit 02 est le circuit de circulation du premier fluide de circulation RE1 qui est raccordé à un premier dispositif de refroidissement 6. Un troisième circuit 03 est le circuit de circulation du deuxième fluide de circulation RE2 qui est raccordé à un deuxième dispositif de refroidissement 7. 10 [0031] Selon une première variante, le premier fluide de circulation RE1 est un liquide de refroidissement à haute température et le deuxième fluide de circulation RE2 est un liquide de refroidissement à basse température. [0032] Dans cette première variante, le liquide de refroidissement à haute température est typiquement celui utilisé pour la gestion thermique du moteur thermique et refroidi par 15 le radiateur principal du véhicule qui est localisé sur la façade aérothermique de celui-ci. Le premier dispositif de refroidissement 6 est donc ici le dispositif de refroidissement pressurisé classique du moteur thermique auquel est raccordé le circuit 02. [0033] Le liquide de refroidissement à basse température est ici celui utilisé dans le deuxième dispositif de refroidissement 7 auquel est raccordé le circuit 03. Dans cette 20 première variante, le deuxième dispositif de refroidissement 7 est par exemple un dispositif de refroidissement auxiliaire utilisé pour le refroidissement d'un moteur électrique dans un véhicule hydride. Typiquement, il s'agit d'un dispositif de refroidissement non pressurisé équipé d'une pompe électrique dédiée et d'un radiateur dédié qui est localisé sur la façade aérothermique du véhicule. 25 [0034] Selon une deuxième variante, le premier fluide de circulation RE1 est le liquide de refroidissement à haute température décrit ci-dessus et le deuxième fluide de circulation RE2 est le liquide frigorigène circulant dans le dispositif de climatisation du véhicule. [0035] Dans cette deuxième variante, le dispositif 6 est, de même que dans la première variante, le dispositif de refroidissement pressurisé classique du moteur thermique et le 30 dispositif 7 est le dispositif de climatisation du véhicule. 3058786 7 [0036] Selon une troisième variante, le premier fluide de circulation RE1 est le liquide de refroidissement à basse température décrit ci-dessus et le deuxième fluide de circulation RE2 est le liquide frigorigène circulant dans le dispositif de climatisation du véhicule. [0037] Dans cette troisième variante, le dispositif 6 est le dispositif de refroidissement 5 auxiliaire décrit ci-dessus dans la première variante et le dispositif 7 est, de même que dans la deuxième variante, le dispositif de climatisation du véhicule. [0038] En référence maintenant à la Fig.4, il est maintenant décrit une seconde forme de réalisation 4B du dispositif de refroidissement d'huile de lubrification de l'invention. Dans cette forme de réalisation 4B, le refroidissement de l'huile de lubrification TBV est régulé 10 par une commande de type tout-ou-rien de la circulation du deuxième fluide de refroidissement RE2 dans le circuit 03 de l'échangeur thermique 1, par exemple au moyen d'un thermostat piloté de type à capsule de cire. [0039] Dans le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification 4B, outre l'échangeur thermique 1, il est prévu un dispositif de thermostat 8 pour la régulation du refroidissement 15 de l'huile de lubrification TBV. [0040] La Fig.4 montre schématiquement le dispositif de thermostat 8. La circulation du deuxième fluide de refroidissement RE2 est autorisée dans le circuit 03 par le dispositif 8 (trajet fléché en trait plein) lorsque la température de l'huile TBV atteint un seuil de température défini correspondant à une température de commutation d'état du dispositif 20 de thermostat 8. La circulation du deuxième fluide de refroidissement RE2 n'est pas autorisée dans le circuit 03 par le dispositif 8 (trajet fléché en trait pointillé) tant que la température de l'huile TBV reste inférieure au seuil de température défini. [0041] Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif de thermostat 8 peut prendre la forme d'une électrovanne qui est pilotée par un signal de commande délivré par l'unité de 25 contrôle moteur du véhicule, ladite unité disposant d'une mesure de température de l'huile TBV. Ou bien, l'électrovanne peut être pilotée localement à partir d'une information de température d'huile fournie par un capteur intégré dans l'échangeur thermique 1. On notera que quelle que soit la forme de réalisation du dispositif de thermostat 8, électrovanne pilotée ou thermostat piloté, le refroidissement pourra être réalisé de manière progressive. 3058786 8 [0042] On notera que les première, deuxième et troisième variantes du dispositif de refroidissement d'huile de lubrification 4A, décrites plus haut, sont réalisables aussi avec le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification 4B. Selon celle des trois variantes ci-dessus qui est considérée, c'est la circulation du liquide de refroidissement à basse 5 température ou celle du liquide frigorigène de climatisation qui est commandée par le dispositif de thermostat 8. [0043] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la 10 portée des revendications ci-annexées. REVENDICATIONS1. Echangeur thermique de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique, ledit échangeur (1) comportant une pluralité de plaques empilées définissant entre elles une pluralité d'espaces interplaques (1a, 2a, 3a; 1 b, 2b, 3b; lc, 2c, 3c), des conduits d'entrée de fluide (CE1, CE2, CE3) et des conduits de sortie de fluide (CS1, CS2, CS3) mettant en communication desdits espaces interplaques (1a, 1 b, 1c; 2a, 2b, 2c; 3a, 3b, 3c) entre eux pour créer des premier (1a, 1 b, 1 c, CE1, CS1) et deuxième (2a, 2b, 2c, CE2, CS2) circuits d'échange thermique, ledit premier circuit d'échange thermique (1a, 1 b, lc, CE1, CS1) étant destiné à ladite huile de lubrification (TBV) et ledit deuxième circuit d'échange thermique (2a, 2b, 2c, CE2, CS2) étant destiné à un premier fluide de refroidissement (RE1), caractérisé en ce qu'il comprend un troisième circuit d'échange thermique (3a, 3b, 3c, CE3, CS3) destiné à un deuxième fluide de refroidissement (RE2). 2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des premier, deuxième et troisième conduits d'entrée de fluide (CE1, CE2, CE3) et des premier, deuxième et troisième conduits de sortie de fluide (CS1, CS2, CS3) pour lesdits premier, deuxième et troisième circuits d'échange thermique, respectivement. 3. Echangeur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend neuf espaces interplaques (1a, 2a, 3a ; 1 b, 2b, 3b ; lc, 2c, 3c), chacun desdits premier, deuxième et troisième circuits d'échange thermique comprenant trois espaces interplaques dédiés (1a, 1 b, lc ; 2a, 2b, 2c ; 3a, 3b, 3c). 4. Dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, un premier circuit (Cl) de circulation d'huile de lubrification établi à travers ledit échangeur (1) et raccordé à un dispositif de lubrification (5) dudit moteur thermique, un deuxième circuit (02) de circulation d'un premier fluide de refroidissement (RE1) établi à travers ledit échangeur (1) et raccordé à un premier dispositif de refroidissement (6) dudit véhicule, et un troisième circuit (03) de circulation d'un deuxième fluide de 3058786 10 circulation (RE2) établi à travers ledit échangeur (1) et raccordé à un deuxième dispositif de refroidissement (7) dudit véhicule. 5. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un dispositif de thermostat (8) commandant 5 la circulation dans ledit troisième circuit (03) dudit deuxième fluide de refroidissement (RE2) en fonction de la température de ladite huile de lubrification (TBV). 6. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit premier fluide de refroidissement (RE1) est un liquide 10 de refroidissement à haute température et ledit premier dispositif de refroidissement (6) dudit véhicule est le dispositif de refroidissement dudit moteur thermique, et ledit deuxième fluide de circulation (RE2) est un liquide de refroidissement à basse température et ledit deuxième dispositif de refroidissement (7) dudit véhicule est un dispositif de refroidissement auxiliaire de celui-ci. 15 7. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit premier fluide de refroidissement (RE1) est un liquide de refroidissement à haute température et ledit premier dispositif de refroidissement (6) dudit véhicule est le dispositif de refroidissement dudit moteur thermique, et ledit deuxième fluide de circulation (RE2) est un liquide frigorigène et 20 ledit deuxième dispositif de refroidissement (7) dudit véhicule est un dispositif de climatisation de celui-ci. 8. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit premier fluide de refroidissement (RE1) est un liquide de refroidissement à basse température et ledit premier dispositif de 25 refroidissement (6) dudit véhicule est un dispositif de refroidissement auxiliaire, et ledit deuxième fluide de circulation (RE2) est un liquide frigorigène et ledit deuxième dispositif de refroidissement (7) dudit véhicule est un dispositif de climatisation de celui-ci. 9. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'une quelconque des 30 revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ladite huile de lubrification est une huile de lubrification à très basse viscosité (TBV). 3058786 11 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification du moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 4 à 9.