Brevet FR3082930A1 — publié le 20191227

Système de refroidissement d'un véhicule automobile [1] L'invention concerne le domaine des systèmes de refroidissement pour véhicules automobiles et des procédés d'assemblage de tels systèmes de refroidissement, notamment des systèmes constitués de deux échangeurs de chaleur. [2] Plus précisément, l'invention concerne le domaine des systèmes de refroidissement pour véhicules automobiles composés d'un radiateur haute température et d'un radiateur basse température ou d'un re- froidisseur d'air de suralimentation. [3] Le radiateur haute température sert au refroidissement du moteur du véhicule. Le radiateur haute température a une fonction d'échangeur de chaleur haute température. Il s'agit généralement d'un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur à haute température, généralement comprise entre 70 et 120°C. [4] Un fluide caloporteur à température moins élevée circule dans le radiateur basse température, généralement comprise entre 35 et 60°C. Ce radiateur basse température sert à optimiser la fonction de refroidissement du radiateur dit à haute température ou à refroidir d'autre composants du véhicule tel qu'une boite de vitesse automatique à convertisseur de couple. [5] Le radiateur basse température peut, en outre, être un refroidisseur d'air de suralimentation. Le refroidisseur d'air de suralimentation peut être un échangeur de chaleur de type air/air ou un échangeur de chaleur de type air/liquide. [6] Généralement, le système de refroidissement pour véhicules est placé à l'avant du véhicule, de sorte à ce que l'air entrant à l'avant du véhicule durant la conduite contribue au refroidissement général du système de refroidissement. [007] Pour de nombreuses structures, des systèmes de refroidissement réunissant plusieurs modules de re- froidissement assurant différentes fonctions sont connus. Un des points critiques de la conception de tels systèmes de refroidissement est l'aménagement de ces systèmes à l'avant du véhicule. [008] On connaît déjà des systèmes de refroidissement pour véhicules composés de plusieurs modules de refroidissement assemblés. On connaît par exemple le document DE4244039. Ce document propose d'assembler un radiateur et un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicules utilitaires. Le radiateur et le refroidisseur d'air de suralimentation sont assemblés latéralement à l'avant du véhicule utilitaire au moyen d'ergots d'emboîtement, d'oeillets et de chevilles. [009] Toutefois, cette solution n'est pas parfaite. En effet, l'assemblage du système de refroidissement né- cessite l'ajout de pièces rapportées telles que des chevilles. L'ajout de pièces rapportées complique l'assemblage du système de refroidissement. En outre, cela ne permet pas un démontage rapide du refroidisseur d'air de suralimentation en cas de défaillance. [010] Afin de répondre à ces contraintes combinées, il est proposé ici un système de refroidissement d'un véhicule automobile procédé comprenant au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur, lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur étant assemblés latéralement par un dispositif de 2 fixation élastique intégré au système de refroidissement, l'assemblage étant réalisé selon un mouvement de translation relatif des premier et deuxième échangeurs de chaleur selon une unique direction. le mouvement de translation s'effectuant selon une direction verticale du véhicule automobile en position 5 d'utilisation. [11] La disposition du système de refroidissement à l'avant du véhicule va permettre à l'air entrant dans le véhicule de contribuer au refroidissement du moteur du véhicule automobile. De plus, la disposition des deux échangeurs de chaleur à l'avant du véhicule va entraîner un gain de place pour les autres compo- 10 sants nécessaires au fonctionnement du véhicule automobile. Enfin. il est possible de désolidariser les échangeurs de chaleur facilement et sans démonter tout le système de refroidissement en cas de défaillance grâce au dispositif de fixation utilisé dans le procédé d'assemblage. [12] Selon une réalisation, les premier et deuxième échangeurs de chaleur sont assemblés par l'un de leurs 15 bords latéraux. [13] Selon une réalisation, le premier échangeur de chaleur est un radiateur dit à haute température, notamment pour le refroidissement du moteur du véhicule automobile. 20 [014] Selon une réalisation, le deuxième échangeur de chaleur est un radiateur dit à basse température ou un refroidisseur d'air de suralimentation. [15] Selon une réalisation, le dispositif de fixation élastique comprend au moins un premier système de clip-sage et un deuxième système de guidage. 25 [16] Selon une réalisation, le dispositif de fixation élastique comprend au moins une première pièce mâle et une première pièce femelle de formes complémentaires, l'une étant disposée sur l'un des premier et deuxième échangeurs de chaleur, et l'autre étant disposée sur l'autre des premier et deuxième échangeurs de chaleur, de manière à ce que ladite au moins une première pièce mâle soit insérée dans ladite 30 au moins une première pièce femelle lors de l'assemblage du système de refroidissement. [17] Selon une réalisation, lequel les premier et deuxième échangeurs de chaleur comprennent respectivement au moins une deuxième pièce mâle et une deuxième pièce femelle, la deuxième pièce mâle du premier échangeur de chaleur coopérant avec la deuxième pièce femelle du deuxième échangeur de 35 chaleur, et la première pièce femelle du premier échangeur de chaleur coopérant avec la première pièce mâle du deuxième échangeur de chaleur lors de l'assemblage. [18] Selon une réalisation: une même boite à eau du premier échangeur de chaleur comprend l'au moins une première pièce mâle et l'au moins une deuxième pièce femelle situées sur le premier échangeur de 40 chaleur.. [19] Selon une réalisation, l'au moins une deuxième pièce mâle et l'au moins une première pièce femelle situées sur le deuxième échangeur de chaleur sont situées sur des boites à eau distinctes du deuxième échangeur de chaleur (3).. 45 3 [020] Selon une réalisation, l'au moins une pièce mâle et l'au moins une pièce femelle comprises sur le premier échangeur de chaleur sont solidaires avec une boîte à eau ou les boîtes à eau. 5 [021] Selon une réalisation, le dispositif de fixation élastique est situé aux extrémités supérieures et infé- rieures des bords latéraux se faisant face des échangeurs de chaleur. [022] La présente invention vise aussi un procédé d'assemblage d'un système de refroidissement d'un véhicule automobile comprenant au moins un premier et un deuxième échangeurs de chaleur, ledit système 10 de refroidissement comprenant un dispositif de fixation élastique apte à assembler latéralement lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur par un mouvement de translation relatif des premier et deuxième échangeurs de chaleur selon une unique direction. dans lequel le mouvement de translation s'effectue selon une direction verticale du véhicule automobile en position d'utilisation. 15 [023] On décrit maintenant brièvement les figures des dessins. [24] La figure 1 est une vue générale du système de refroidissement selon un premier mode de réalisation. [25] La figure 2 est une vue agrandie du dispositif de fixation. 20 [26] La figure 3 est une vue générale du système de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation [27] Les figures 4 et 5 illustrent un système de guidage. 25 [28] Les figures 6 et 7 illustrent un système de clipsage. [29] La figure 8 est une vue des deux échangeurs de chaleur avant assemblage. 30 [030] Ci-après un exposé détaillé de plusieurs modes de réalisation de l'invention assorti d'exemples et de référence aux dessins. [31] L'invention a pour objet un système de refroidissement 1 et son procédé d'assemblage. Le système de refroidissement 1 d'un véhicule automobile V selon un premier exemple est visible sur les figures 1 et 3. 35 Selon un premier mode de réalisation, le système de refroidissement comprend un premier échangeur de chaleur 2 et un deuxième échangeur de chaleur 3, adaptés pour refroidir le moteur d'un véhicule automobile. [32] En position d'utilisation, c'est-à-dire lorsque le système de refroidissement est installé dans un véhicule 40 automobile, on définit un trièdre défini par trois axes (X), (Y) et (Z). L'axe (X) correspond à la direction de la transmission du véhicule automobile: dite direction d'avancement. L'axe (Y) correspond à la direction de l'essieu des roues avant lorsque le véhicule automobile est à l'arrêt. L'axe (Z) correspond à une direction verticale du véhicule automobile. En position d'installation, le système de refroidissement 1 est un système fin qu'on peut considérer placé dans le plan (Y, Z). 45 [33] Le premier échangeur de chaleur 2 peut être un radiateur dit à haute température. Le premier échangeur de chaleur 2 peut comprendre deux boîtes à eau 4 longeant deux bords latéraux parallèles du premier échangeur de chaleur 2. Le premier échangeur de chaleur 2 peut également comprendre une plu- 4 ralité de tuyaux 5 perpendiculaires aux boîtes à eau 4. A l'intérieur de ces tuyaux 5 circule un fluide caloporteur servant à refroidir le moteur du véhicule automobile. Le fluide caloporteur réchauffé par le moteur monte vers la boîte à eau comprenant un tuyau d'entrée, est refroidi en circulant à l'intérieur des 5 tuyaux 5 puis ressort par un tuyau de sortie compris sur la deuxième boîte à eau. Le cycle se répète du- rant toute l'utilisation du véhicule automobile. [34] Le premier échangeur de chaleur 2 peut également comprendre un tuyau d'entrée 6a et un tuyau de sorbe 6b d'un fluide caloporteur. Les tuyaux d'entrée 6a et de sortie 6b du fluide caloporteur peuvent par 10 exemple se situer sur les boîtes à eau 4 du premier échangeur de chaleur 2. Le fluide caloporteur peut par exemple être introduit froid par le tuyau d'entrée 6a du premier échangeur de chaleur 2 et ressortir chaud par le tuyau de sortie 6b du premier échangeur de chaleur 2. [35] Le système de refroidissement 1 du véhicule automobile peut également comprendre un deuxième 15 échangeur de chaleur 3. Le deuxième échangeur de chaleur 3 peut par exemple être un radiateur dit à basse température ou un refroidisseur d'air de suralimentation. Le deuxième échangeur de chaleur 3 peut être de type air/liquide ou air/air. [36] Le deuxième échangeur de chaleur 3 peut comprendre deux boîtes à eau ou deux boîtes à air 7 dispo- 20 sées parallèlement sur deux des bords latéraux du deuxième échangeur de chaleur 3. Pour simplifier et sans intention de limiter le système décrit, le terme , ). Les boîtes 7 du deuxième échangeur de chaleur 3 sont disposées parallèlement à l'axe (Y). Les tuyaux 8 du deuxième échangeur de chaleur 3 sont donc parallèles à l'axe (Z). Les termes c , « latéral » font référence à cette disposition. 40 [39] Toujours selon ce premier exemple. un dispositif de fixation élastique 10 sert à assembler le premier échangeur de chaleur 2 et le deuxième échangeur de chaleur S. Le dispositif de fixation élastique 10 peut par exemple assembler un bord latéral du premier échangeur de chaleur 2 comprenant une des deux boîtes à eau 4 et un des bords latéraux du deuxième échangeur de chaleur 3 ne comprenant pas 45 de boîte 7. Dans cet exemple, les tuyaux d'entrée 6a, 9a et de sortie 6b: 9b du premier et du deuxième échangeurs de chaleur sont du même côté. 5 [40] Selon une autre réalisation possible (non illustrée), le dispositif de fixation élastique 10 peut assembler un bord latéral du premier échangeur de chaleur 2 comprenant une des deux boîtes à eau 4 et un des bords latéraux du deuxième échangeur de chaleur 3 comprenant aussi une boîte 7. 5 [41] Le dispositif de fixation élastique 10 comprend un système de clipsage 11 et un système de guidage 12. Le système de clipsage 11 peut être situé au niveau d'une extrémité inférieure des bords latéraux se faisant face du premier échangeur de chaleur 2 et du deuxième échangeur de chaleur 3. Plus précisément, le système de clipsage 11 peut se situer au niveau de la boîte 7 inférieure du deuxième échan- 10 geur de chaleur S. Le système de guidage 12 peut être situé au niveau d'une extrémité supérieure des bords latéraux se faisant face du premier échangeur de chaleur 2 et du deuxième échangeur de chaleur 3. Plus précisément, le système de guidage 12 peut se situer au niveau de la boîte 7 supérieure du deuxième échangeur de chaleur 3. 15 [042] Le système de clipsage 11 peut se décomposer en deux pièces. Une des deux pièces peut se situer sur le premier échangeur de chaleur 2. La deuxième pièce peut se situer sur le deuxième échangeur de chaleur 3. Les deux pièces se font face en position d'assemblage. La première pièce est par exemple une pièce femelle 11 a. La pièce femelle 11 a est venue de matière avec le premier échangeur de chaleur 2. La deuxième pièce est une pièce mâle 11B. La pièce mâle llb peut être venue de matière avec le 20 châssis 13 inférieur entourant la boîte 7 inférieure du deuxième échangeur de chaleur 3. [43] Selon les figures 4 et 5, la pièce femelle 11 a peut comporter un socle 16. Le socle 16 s'étend parallèlement à l'axe (Y) à partir de la boîte à eau 4 du premier échangeur de chaleur 2. Le socle 16 s'étend en direction du deuxième échangeur de chaleur 3 lorsque le système de refroidissement 1 est en position 25 d'assemblage. Une ouverture 14 traversante d'axe Z de forme sensiblement rectangulaire peut se situer sur la pièce femelle 11 a. Comme visible sur la figure 2, l'ouverture 14 présente un épaulement interne 14a situé sous le socle 16. Deux parois 15 s'étendent à partir de la surface supérieure du socle 16 le long de la boîte à eau 4. Les deux parois 15 s'étendent vers l'extrémité supérieure du premier échangeur de chaleur 2 sur quelques centimètres. 30 [44] La pièce mâle llb s'étend sous la boîte 7 du deuxième échangeur de chaleur 3, parallèlement à l'axe (Z). La pièce mâle 11 b peut présenter une languette 17 dont la terminaison est un clip 19. Des parois 18 encadrent les côtés de la languette 17. Le système composé de la languette 17 et des parois 18 présente la même taille que l'ouverture 14 de la pièce femelle 11 a, excepté au niveau du clip 19. Au niveau 35 du clip 19, le système composé de la languette 17 et des parois 18 est légèrement plus épais que l'ouverture 14. Le système composé de la languette 17 et des parois 18peut être inséré dans l'ouverture 14 par force. Lors de l'insertion du système composé de la languette 17 et des parois 18 dans l'ouverture 14, le système va subir une déformation élastique afin de permettre l'insertion du clip 19 dans l'ouverture 14. Après introduction, le clip 19 vient en butée contre l'épaulement interne 14a de l'ouverture 40 14 de la pièce femelle 11a. L'épaulement interne 14a et le clip 19 sont de formes complémentaires, ce qui permet au système composé de la languette 17 et des parois 18 de retrouver sa forme d'origine lorsque le système de clipsage 11 est assemblé. L'insertion du système composé de la languette 17 et des parois 18 dans l'ouverture 14 permet de solidariser le premier échangeur de chaleur 2 et le deuxième échangeur de chaleur 3. 45 [45] Un cadre 24 encadre les faces extérieures des parois 18. Le cadre 24 de la pièce mâle llb est conçu de manière à venir en appui contre le socle 16 de la pièce femelle 11 a. Ainsi, les parois 15, le socle 16 et le cadre 24 servent de butée pour l'assemblage de la pièce femelle 11 a et de la pièce mâle 11b. Les parois 15 et le cadre 24 sont de dimensions complémentaires. Les parois 15 et le cadre 24 enserrent la 6 pièce femelle 11 a et la pièce mâle 11 b afin d'éviter la création d'un jeu selon les axes (X) et (Y) entre les deux échangeurs de chaleur. Le pion 19 et l'épaulement interne 14a vont permettre d'éviter la création d'un jeu selon une direction de l'axe (Z). Le socle 16 et le cadre 24 vont permettre d'éviter la création 5 d'un jeu selon l'autre direction de l'axe (Z). [46] Le système de guidage 12 peut se composer de deux pièces. La première pièce est par exemple une pièce mâle 12a située sur le premier échangeur de chaleur 2. La pièce mâle 12a est solidaire avec le premier échangeur de chaleur 2. La deuxième pièce est une pièce femelle 12b située sur le deuxième 10 échangeur de chaleur 3. La pièce femelle 12b est solidaire avec le châssis 13 supérieur entourant la boîte 7 supérieure du deuxième échangeur de chaleur 3. En position d'assemblage, les deux pièces se font face. [47] Les figures Set 7 illustrent le système de guidage 12. La pièce mâle 12a se trouve légèrement plus bas 15 que l'extrémité supérieure du premier échangeur de chaleur 2. La pièce mâle 12a comprend par exemple un socle 20 qui s'étend parallèlement à l'axe (Y) à partir de la boîte à eau 4. Le socle 20 s'étend en direction du deuxième échangeur de chaleur 3 lorsque le système de refroidissement 1 est en position d'assemblage. Le socle 20 peut comprendre une languette 21. La languette 21 s'étend parallèlement à l'axe (Z) vers l'extrémité supérieure du premier échangeur de chaleur 2. Des parois 22 peu- 20 vent encadrer les côtés de la languette 21 pour un meilleur guidage de la pièce mâle dans la pièce fe- melle, permettant de limiter voire le jeu entre les pièces mâle et femelle lorsqu'elles sont en coopération l'une avec l'autre. [48] La pièce femelle 12b du système de guidage 12 est solidaire avec le châssis supérieur 13 du deuxième 25 échangeur de chaleur 3. La pièce femelle 12b peut se situer au niveau de l'extrémité supérieure de la paroi latérale du deuxième échangeur de chaleur 3 faisant face au premier échangeur de chaleur 2. La pièce femelle 12b s'étend en direction du premier échangeur de chaleur 1 lorsque le système de refroidissement 1 est en position d'assemblage. La pièce femelle 12b présente une ouverture 23 de mêmes dimensions que le système parois 22 et languette 21 de la pièce mâle 12a. 30 [49] En outre, le système de refroidissement 1 peut comprendre plusieurs pions 25 situés aux extrémités supérieures et inférieures des deux boîtes à eau 4 du premier échangeur de chaleur 2. D'autres pions 25 peuvent également se situer aux extrémités inférieures et supérieures des deux boites 7 du deuxième échangeur de chaleur 3. Les pions 25 vont permettre de fixer le système de refroidissement 1 à 35 l'intérieur du véhicule automobile (V). [50] Selon un deuxième mode de réalisation illustré figure 3, le premier échangeur de chaleur 2 se trouve en position dite à écoulement vertical (dit downflow « en langue anglaise), le fluide traversant alors les tubes selon un écoulement vertical. Plus précisément, les parois latérales du premier échangeur de cha- 40 leur 2 comprenant les boîtes à eau 4 sont parallèles à l'axe (Y). Les tuyaux 5 du premier échangeur de chaleur 2 sont parallèles à l'axe (Z). [51] Dans ce mode de réalisation, le dispositif de fixation 10 est constitué de deux systèmes de fixation 11 et 12. Le système de clipsage 11 se trouve sur la boîte à eau 4 inférieure du premier échangeur de cha- 45 leur 2. Le système de guidage 12 se trouve sur la boîte à eau 4 supérieure du premier échangeur de chaleur 2. Les pièces du système de clipsage 1 et du système de guidage 12 comprises sur le premier échangeur de chaleur 2 sont solidaires avec chacune des boîtes à eau 4. L'assemblage se fait de la même manière que décrit précédemment. 7 [52] Dans un premier temps, on fournit deux échangeurs de chaleur tels que décrits ci-dessus et représentés figure 8. Un premier échangeur de chaleur est installé dans le véhicule automobile. Le premier échangeur de chaleur est installé à l'avant du véhicule automobile, dans le plan (Y, 2) du véhicule auto- 5 mobile. Lors de l'assemblage du système de refroidissement, les parois latérales des premier et deu- xième échangeurs de chaleur comprenant le disposiflf de fixation se font face. Le deuxième échangeur de chaleur est placé légèrement au-dessus du premier échangeur de chaleur de manière à ce que les pièces des deux systèmes de fixation comprises sur le deuxième échangeur de chaleur soient au-dessus des pièces des deux systèmes de fixation comprises sur le premier échangeur de chaleur. On 10 aligne les languettes et les ouvertures des différentes pièces de fixation. On peut alors insérer en force les pièces femelles dans les pièces mâles par un mouvement de translation selon un axe (2) des deux échangeurs de chaleur. La forme complémentaire des pièces mâles et femelles des systèmes de fixation permettent d'obtenir un système robuste et sans jeu de mouvement entre les deux échangeurs de chaleur. Le deuxième échangeur de chaleur est en outre fixé dans le véhicule à l'aide de pions 25 situés 15 sur les boîtes. [53] En cas de défaillance du deuxième échangeur de chaleur: il suffit de déclipser le système de clipsage et de retirer la languette de guidage du système de guidage. On retire le deuxième échangeur par un mouvement de translation du deuxième échangeur de chaleur par rapport au premier échangeur de cha- 20 leur selon un axe (Z) tel que celui défini. [54] Afin de garantir l'étanchéité du premier et du deuxième échangeurs de chaleur l'un par rapport à l'autre, de la mousse (non représentée) peut être injectée dans l'espace séparant les deux échangeurs de chaleur assemblés. 25 [55] Bien entendu. la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples elle s'étend à d'autres variantes. Par exemple, le deuxième échangeur de chaleur 3 peut-être mis en position dite à écoulement horizontal (dit» crossflow » en langue anglaise), le fluide traversant alors les tubes selon un écoulement horizontal. Dans cette configuration, les tuyaux 8 du deuxième 30 échangeur de chaleur sont alors parallèles à l'axe (Y), les pièces 11 b et 12b pouvant dès lors être aussi sur une même boîte 7 différentes. Références: Véhicule V 5 Système de refroidissement 1 Premier échangeur de chaleur 2 Deuxième échangeur de chaleur 3 Boîtes à eau 4 Tuyaux 5 10 Tuyau d'entrée Sa Tuyau de sortie 6b Boîte 7 Tuyaux 8 Tuyau d'entrée