WO2004017006A2 - Echangeur de chaleur pour le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique - Google Patents

Echangeur de chaleur pour le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to heat exchangers for motor vehicles.
  • It relates more particularly to a heat exchanger capable of being mounted on the intake air circuit of a heat engine.
  • Turbocharged combustion engines in particular diesel engines, are supplied by pressurized air, also called “charge air”, coming from a turbocharger actuated by the engine exhaust gases.
  • RAS charge air cooler
  • turbocharged heat engines are usually equipped with a particle trap. It is known to reduce noise and facilitate the regeneration of this particle trap by heating the intake air using an exchanger supplied by the engine cooling water. This function can be performed by the secondary charge air cooler, also called "precooler”.
  • the object of the invention is in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • a simplified construction heat exchanger capable of reducing manufacturing and assembly costs, as well as space.
  • it offers a heat exchanger suitable for being mounted on the intake air circuit of a heat engine, which comprises a body divided into a first part having circulation passages for a first primary fluid (which is the engine charge air) and in a second part having circulation passages for a second primary fluid, for example the engine exhaust gases, the body further comprising circulation passages for a secondary fluid, for example a cooling fluid, which is common to the two parts of the exchanger.
  • An exchanger is thus produced which combines two parts, and therefore two functions, a first part traversed by the engine charge air and a second part traversed by another primary fluid, which advantageously consists of the engine exhaust gases. .
  • the two primary fluids are cooled by the same secondary fluid.
  • the second part of the heat exchanger is advantageously traversed by the engine exhaust gases, which makes it possible to cool them before recirculating them towards the engine intake.
  • the secondary fluid circulation passages are common to the two parts of the exchanger and pass through them.
  • the circulation passages of the first primary fluid and the circulation passages of the second primary fluid are separated by a separation plate placed between the first part and the second part of the body of the exchanger.
  • the circulation passages of the first primary fluid comprise an inlet and an outlet opening at a first end of the body of the exchanger, while the circulation passages of the second primary fluid comprise an inlet and a outlet opening at a second end of the exchanger body.
  • the circulation passages of the secondary fluid comprise first passages in the first part and second passages in the second part, these first passages and second passages being connected together by watertight seals. This allows you to decouple the first and second passes.
  • the body of the heat exchanger can be produced in different ways, it is preferably formed by a stack of shaped plates delimiting circulation blades for a primary fluid, alternating with circulation blades for the secondary fluid, and dividers placed in the primary fluid circulation plates.
  • a plate type exchanger is thus produced, the body of which is divided into a first part traversed by the first primary fluid and a second part traversed by the second primary fluid.
  • closure plates advantageously include fixing points.
  • the separation plate has a passage provided with a valve controlled by an actuator and suitable for being placed:
  • the first primary fluid i.e. the engine charge air
  • the first primary fluid can circulate in the entire body of the heat exchanger, which facilitates the cooling of charge air.
  • the heat exchanger comprises a first valve and a second valve for regulating the flow rate of the first primary fluid and the flow rate of the second primary fluid respectively.
  • These two valves are advantageously provided respectively at two ends of the exchanger, preferably on two end plates of the latter.
  • the first part and the second part of the exchanger are formed from materials of different nature, in particular from materials resistant to different temperature ranges.
  • the first part of the exchanger can be formed in a material of lower resistance, for example aluminum, while the second part of the exchanger can be formed in a material of higher resistance, for example stainless steel.
  • the second primary fluid is preferably formed by a recirculation flow rate of the engine exhaust gases.
  • the second part of the heat exchanger which forms an auxiliary exchanger, could also be traversed by another fluid.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a heat exchanger according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a heat exchanger according to a second embodiment of
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a heat exchanger according to a third embodiment of the invention, comprising a valve shown in the closed position;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3, showing the valve in the open position
  • FIG. 5 is a perspective view of another heat exchanger according to the invention
  • - Figure 6 is an exploded perspective view of the heat exchanger of Figure 5;
  • FIG. 7 is an end view of the heat exchanger of Figures 5 and 6;
  • the heat exchanger 10 shown in Figure 1 is intended to operate in conjunction with a thermal engine of a motor vehicle, in particular a turbocharged diesel engine, operating with charge air.
  • the heat exchanger 10 comprises a body 12 divided into a first part 14 and into a second part 16, these two parts being separated by a separation plate 18.
  • the body 12 includes circulation passages (not shown in detail) for a first primary fluid FPL which is the supercharging air of the engine.
  • These circulation passages (represented diagrammatically by the arrows 20) comprise an inlet 22 and an outlet 24 for the first primary fluid FPL, which are located at the same end of the body 12 of the heat exchanger.
  • the second part 16 comprises circulation passages (not shown in detail) for a second primary fluid FP2 which, in the example, consists of the exhaust gases from the engine.
  • These circulation passages (represented schematically by the arrows 26) comprise an inlet 28 and an outlet 30 for the second primary fluid FP2, which are located at another end of the body 12.
  • the inlet 22 and the outlet 24 are located on one side of the partition 18, while the inlet 28 and the outlet 30 are placed on the other side of this partition 18.
  • the fluid FPL passing through the first part 14 and the fluid FP2 passing through the second part 16 are cooled by the same fluid, namely a secondary fluid FS circulating in circulation passages 31 and 32 which are common to parts 14 and 16 and which cross right through.
  • the secondary fluid FS is a coolant, typically the coolant of the vehicle engine.
  • the secondary fluid FS enters the passage 31 through an inlet pipe 34 and leaves the passage 32 through an outlet pipe 36.
  • the pipes 34 and 36 are disposed respectively at the two ends of one heat exchanger. They could however, as a variant, be arranged at the same end of the heat exchanger.
  • the body of the heat exchanger is advantageously produced by a stack of plates defining alternating circulation blades.
  • the inlet 22 and the outlet 24 of the fluid FPL are advantageously provided on an end plate 38, while the inlet 28 and the outlet 30 of the primary fluid FP2 are advantageously provided on another end plate 40 of the body 12 of the exchanger.
  • the inlet 34 of the fluid FS and the outlet 36 of the secondary fluid are disposed respectively on the end plates 38 and 40.
  • a first part 14 is used for cooling the charge air and a second part 16 for cooling the recirculated exhaust gases.
  • the two primary fluids are cooled by the same secondary fluid FS, which simplifies the construction of the exchanger, therefore reducing its manufacturing and assembly costs, and also the overall size.
  • first part 14 and the second part 16 are decoupled, and it is thus possible to make them differently.
  • first part 14 and the second part 16 are formed from materials of different nature, for example from materials resistant to ranges of different temperatures.
  • the charge air passing through the part 14 is in a temperature range lower than that of the exhaust gases passing through the part 16. Therefore, the part 14 can be made of a material of lesser thermal resistance, for example aluminum, while the second part 16 can be made of a material of higher thermal resistance, for example stainless steel.
  • the passage 31 comprises a first passage 31-1 in the first part 14 and a second passage 31-2 in the second part 16.
  • the passage 32 comprises a first passage 32-1 in the first part 14 and a second passage 32-2 in the second part 16.
  • the first passages 31-1 and 32-1 are connected respectively to the second passages 31-2 and 32-2 by tight seals 42 and 44, which makes it possible to decouple the circulation passages of the first part from those of the second part .
  • the seals 42 and 44 are advantageously interposed between two plates 46 and 48 arranged opposite and spaced from one another.
  • These plates 46 and 48 are qualified as closing plates insofar as they respectively close the circulation of the first primary fluid FPL in part 14 and that of the fluid FP2 in part 16.
  • These closing plates 46 and 48 play the function of separation of the separation plate 18 of FIG. 1.
  • the separation plate 18 has a passage 46 provided with a valve 48 controlled by an actuator 50 by via a rod 52 passing through the part 16.
  • the actuator 50 may be constituted, for example, by a jack, an electric motor, a micromotor, etc.
  • the separation plate 18 is furthermore provided with an opening 54 making parts 14 and 16 communicate.
  • the valve 48 can be placed either in an open position ( Figure 4) or in a closed position ( Figure 3).
  • Figure 4 In the open position, the circulation passages of the first primary fluid FPL and the circulation passages of the second primary fluid FP2 communicate with each other, so that the primary fluid FPl can circulate in the first part and the second part of the exchanger, as shown by the arrows. This makes it possible to increase the cooling capacity for the primary fluid FPl, the body of the exchanger then being traversed only by the primary fluid FPl.
  • the exchanger comprises a first valve 56 mounted on the inlet 22 and a second valve 58 mounted on the inlet 28, which allows to regulate the flow rate of the first respectively primary fluid FPL and the flow rate of the second primary fluid FP2.
  • first valve 56 mounted on the inlet 22
  • second valve 58 mounted on the inlet 28, which allows to regulate the flow rate of the first respectively primary fluid FPL and the flow rate of the second primary fluid FP2.
  • valve 56 is thus advantageously placed on the end plate 38 and the valve 58 on the end plate 40.
  • FIGS. 5 to 10 describe a particular embodiment of the invention, which is similar to that of FIG. 1.
  • the body 12 of the exchanger is formed by a stack of shaped plates, namely plates 60 and 62 arranged in pairs and alternately.
  • the plates 60 and 62 of the same pair delimit between them a circulation plate 64 for a primary fluid, namely for the FPL fluid in the part 14 and for the FP2 fluid in the part 16 (see in particular Figure 8) .
  • a blade 66 for the circulation of the secondary fluid FS that is to say the coolant.
  • spacers 68 are arranged in the circulation blades 64 of the primary fluids FPL and FP2, as seen in Figures 9 and 10. These spacers are advantageously formed by corrugated metal sheets and they have the function of increasing the exchange surface in the blades 64 traversed by the primary fluids FPl and FP2 which are both gases. Furthermore, the blades 66 traversed by the secondary fluid FS, which is a liquid, are advantageously provided with bosses 73 which have the role of causing a turbulent flow. In the case where, as already indicated, the parts 14 and 16 of the body 12 are made of different materials, the inserts 68 of the first part 14 and the inserts 68 of the second part 16 are also formed of different materials.
  • the separation plate 18 comprises two fixing lugs 70 in the form of an ear, projecting outside the plate.
  • the separation plate 18 is inserted during assembly between the plates 60 and 62 of the part 14 and the plates 60 and 62 of the part 16.
  • the stack of plates 60 and 62 is framed by two end plates 38 and 40 which constitute reinforcing means.
  • the plate 38 receives the inlet tubing 22 and the outlet tubing 24 of the fluid FPL, while the plate 40 receives the inlet tubing 28 and the outlet tubing 30 of the fluid FP2.
  • the plate 38 also receives, in this embodiment, the inlet pipe 34 and the outlet pipe 36 of the secondary fluid FS.
  • the current plates 60 and 62 are generally identical but arranged alternately to define the aforementioned circulation plates.
  • the structure of a blade 60 will now be described, it being understood that this description also applies to a blade 62.
  • the blade 60 is of generally oblong shape and it comprises a flat bottom 72 provided with bosses, at the ends of which are arranged two openings 74 and 76 of circular shape.
  • the openings 74 and the openings 76 are aligned respectively with the inlet tubing 22 and the outlet tubing 24 to allow the circulation of the FPL fluid in the blades 64 of the part 14 (see in particular Figure 8).
  • the openings 74 and the openings 76 are aligned respectively with the outlet pipe 30 and the inlet pipe 28 to allow the circulation of the fluid FP2 in the blades 64 of the part 16 (see in particular Figure 8).
  • Each blade 60 also has two other openings 78 and 80, also of circular shape, but of smaller diameter than the openings 74 and 76, and arranged close to the latter.
  • the openings 78 and 80 come respectively in alignment with the inlet tubing 34 and the outlet tubing 36 to allow the circulation of the fluid FS in the blades 66 both in the part 14 and in the part 16.
  • the separation plate comprises two passage openings 82 and 84 arranged respectively in alignment with the openings 78 and 80.
  • the opening 84 is visible in FIG. 10.
  • the plates 60 are hollow and each surrounded by a peripheral rim 86 raised relative to the bottom 72 and suitable for being joined in leaktight manner with the homologous peripheral rim of an adjacent plate.
  • Each plate 60 is advantageously produced by stamping and cutting a metal sheet. It has bowls 88, 90, 92 and 94 respectively surrounding the openings 74, 76, 82 and 84 ( Figure 6).
  • the spacers 68 disposed in the blades 66 have undulations defined by generators which extend in the longitudinal direction of the plates so as not to slow the flow of the primary fluids FPl and FP2.
  • the entire exchanger is advantageously produced by brazing in a single operation.
  • the parts 14 and 16 are traversed respectively by the charge air and the recirculated exhaust gases, while these two primary fluids are cooled by the engine coolant.
  • the part 16 of the body 12, which forms an auxiliary exchanger, could alternatively be traversed by a fluid of another nature.
  • the invention is particularly applicable to motor vehicles.

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Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur propre à être monté sur le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique. L'échangeur comprend un corps (12) divisé en une première partie (14) ayant des passages de circulation (20) pour un premier fluide primaire (FP1), qui est l'air de suralimentation du moteur, et en une deuxième partie (16) ayant des passages de circulation (26) pour un deuxième fluide primaire (FP2), par exemple les gaz d'échappement du moteur, le corps comprenant en outre des passages de circulation (31, 32) pour un fluide secondaire (FS), par exemple un fluide de refroidissement, commun aux deux parties de l'échangeur. Application aux moteurs diesels à turbocompresseur.

Description

Echangeur de chaleur pour le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique
L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur pour les véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur propre à être monté sur le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique.
Les moteurs thermiques turbocompressés, en particulier les moteurs diesels, sont alimentés par un air sous pression, encore appelé "air de suralimentation", provenant d'un turbocompresseur actionné par les gaz d'échappement du moteur.
Comme l'air de suralimentation se trouve à une température élevée, il est souhaitable, pour un bon fonctionnement du moteur, de le refroidir avant son admission dans ce dernier.
Il est connu pour cela de refroidir l'air de suralimentation par un échangeur de chaleur particulier appelé refroidisseur d'air de suralimentation (en abrégé RAS). Ce refroidisseur a pour fonction de refroidir l'air de suralimentation par échange thermique avec de l'air en formant ainsi un échangeur du type air/air.
Il est connu aussi de placer, en sortie du turbocompresseur et en amont du refroidisseur air/air, un autre refroidisseur d'air de suralimentation, que l'on peut appeler aussi refroidisseur secondaire. Ce dernier est, quant à lui, refroidi par de l'eau en formant un échangeur du type air/eau. Il constitue ainsi un prérefroidisseur (encore appelé "precooler", terme anglo- saxon) .
Par ailleurs, pour obtenir un meilleur rendement du moteur et diminuer la pollution, il est connu de recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission du moteur, pour qu'ils soient brûlés plus complètement dans celui-ci.
Mais, comme ces gaz d'échappement sont à une température élevée, il est connu de les refroidir au moyen d'un autre échangeur alimenté aussi par l'eau de refroidissement du moteur.
De plus, ces moteurs thermiques turbocompressés sont habituellement équipés d'un piège à particules. Il est connu de réduire le bruit et de faciliter la régénération de ce piège à particules en réchauffant l'air d'admission grâce à un échangeur alimenté par l'eau de refroidissement du moteur. Cette fonction peut être réalisée par le refroidisseur d'air de suralimentation secondaire, encore appelé "precooler" (terme anglo-saxon) .
Ces échangeurs de chaleur, nécessaires au bon fonctionnement des moteurs turbocompressés, sont montés séparément, chacun des échangeurs possédant ses propres conduits de liquide et ses propres moyens de fixation.
Il en résulte une complexité dans les circuits du moteur, augmentant ainsi les coûts de fabrication et d'assemblage. Ces solutions connues augmentent aussi l'encombrement des accessoires et équipements présents dans le compartiment moteur.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités .
Elle vise à procurer un échangeur de chaleur de construction simplifiée susceptible de réduire les coûts de fabrication et d'assemblage, ainsi que l'encombrement. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur propre à être monté sur le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique, lequel comprend un corps divisé en une première partie ayant des passages de circulation pour un premier fluide primaire (qui est l'air de suralimentation du moteur) et en une deuxième partie ayant des passages de circulation pour un deuxième fluide primaire, par exemple les gaz d'échappement du moteur, le corps comprenant en outre des passages de circulation pour un fluide secondaire, par exemple un fluide de refroidissement, qui est commun aux deux parties de l'échangeur.
On réalise ainsi un échangeur qui regroupe deux parties, et donc deux fonctions, une première partie parcourue par l'air de suralimentation du moteur et une deuxième partie parcourue par un autre fluide primaire, lequel est avantageusement constitué par les gaz d'échappement du moteur. Les deux fluides primaires sont refroidis par le même fluide secondaire.
Il en résulte une réduction des coûts de fabrication et d'assemblage, ainsi qu'une simplification des circuits de fluide présents dans le compartiment moteur. Ce regroupement des fonctions permet aussi de diminuer l'encombrement des échangeurs de chaleur et autres accessoires présents dans le compartiment moteur.
La deuxième partie de l'échangeur de chaleur est avantageusement parcourue par les gaz d'échappement du moteur, ce qui permet de les refroidir avant de les recirculer vers l'admission du moteur.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les passages de circulation du fluide secondaire sont communs aux deux parties de l' échangeur et les traversent.
De préférence aussi, les passages de circulation du premier fluide primaire et les passages de circulation du deuxième fluide primaire sont séparés par une plaque de séparation placée entre la première partie et la deuxième partie du corps de l' échangeur.
Ainsi, dans une forme de réalisation préférée, les passages de circulation du premier fluide primaire comprennent une entrée et une sortie débouchant à une première extrémité du corps de l' échangeur, tandis que les passages de circulation du deuxième fluide primaire comprennent une entrée et une sortie débouchant à une deuxième extrémité du corps de l'échangeur.
De manière avantageuse, les passages de circulation du fluide secondaire comprennent des premiers passages dans la première partie et des deuxièmes passages dans la deuxième partie, ces premiers passages et deuxièmes passages étant reliés entre eux par des joints étanches . Ceci permet de découpler les premiers et les deuxièmes passages.
Bien que le corps de l'échangeur de chaleur puisse être réalisé de différentes façons, il est de préférence formé par un empilement de plaques conformées délimitant des lames de circulation pour un fluide primaire, alternant avec des lames de circulation pour le fluide secondaire, et des intercalaires disposés dans les lames de circulation des fluides primaires.
On réalise ainsi un échangeur du type à plaques dont le corps est divisé en une première partie parcourue par le premier fluide primaire et une deuxième partie parcourue par le deuxième fluide primaire.
Les joints étanches précités sont alors avantageusement intercalés entre deux plaques de fermeture du fluide primaire. Ces plaques de fermeture comportent avantageusement des points de fixation.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la plaque de séparation comporte un passage muni d'un clapet commandé par un actionneur et propre à être placé :
soit dans une position d'ouverture dans laquelle les passages de circulation du premier fluide primaire et les passages de circulation du deuxième fluide primaire communiquent, en sorte que le premier fluide primaire peut circuler dans la première partie et la deuxième partie de l'échangeur,
soit dans une position de fermeture dans laquelle les passages de circulation du premier fluide primaire et les passages de circulation du deuxième fluide primaire sont séparés, en sorte que le premier fluide primaire peut circuler dans la première partie et le deuxième fluide primaire dans la deuxième partie de l'échangeur.
Lorsque le clapet est dans la position d'ouverture, le premier fluide primaire, c'est-à-dire l'air de suralimentation du moteur, peut circuler dans le corps entier de l'échangeur de chaleur, ce qui facilite le refroidissement de l'air de suralimentation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de chaleur comporte une première vanne et une deuxième vanne pour réguler respectivement le débit du premier fluide primaire et le débit du deuxième fluide primaire. Ces deux vannes sont avantageusement prévues respectivement à deux extrémités de 1'échangeur, de préférence sur deux plaques d'extrémité de celui-ci.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la première partie et la deuxième partie de l'échangeur sont formées dans des matériaux de nature différente, en particulier dans des matériaux résistant à des gammes de températures différentes. Ainsi, la première partie de l' échangeur peut être formée dans un matériau de moindre résistance, par exemple en aluminium, tandis que la deuxième partie de l'échangeur peut être formée dans un matériau de plus forte résistance, par exemple en acier inoxydable. Comme déjà indiqué, le deuxième fluide primaire est formé de préférence par un débit de recirculation des gaz d'échappement du moteur.
Toutefois, la deuxième partie de l' échangeur de chaleur, qui forme un échangeur auxiliaire, pourrait aussi être parcourue par un autre fluide.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention ;
- la Figure 2 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon une deuxième forme de réalisation de
1 ' invention ;
- la Figure 3 est une vue schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'invention, comportant un clapet représenté en position de fermeture ;
- la Figure 4 est une vue analogue à la Figure 3, montrant le clapet en position d'ouverture ;
- la Figure 5 est une vue en perspective d'un autre échangeur de chaleur selon l'invention ; - la Figure 6 est une vue en perspective éclatée de l'échangeur de chaleur de la Figure 5 ;
- la Figure 7 est une vue d'extrémité de l' échangeur de chaleur des Figures 5 et 6 ; et
- les Figures 8, 9 et 10 sont des vues en coupe prises respectivement suivant les lignes VIII-VIII, IX-IX et X-X de la
Figure 7. L'échangeur de chaleur 10 représenté à la Figure 1 est destiné à fonctionner en liaison avec un moteur thermique de véhicule automobile, en particulier un moteur diesel turbocompressé, fonctionnant avec de l'air de suralimentation.
L'échangeur de chaleur 10 comprend un corps 12 divisé en une première partie 14 et en une deuxième partie 16, ces deux parties étant séparées par une plaque de séparation 18.
Le corps 12 comprend des passages de circulation (non représentés en détail) pour un premier fluide primaire FPl qui est l'air de suralimentation du moteur. Ces passages de circulation (représentés schématiquement par les flèches 20) comprennent une entrée 22 et une sortie 24 pour le premier fluide primaire FPl, qui sont situées à une même extrémité du corps 12 de l'échangeur de chaleur.
La deuxième partie 16 comprend des passages de circulation (non représentés en détail) pour un deuxième fluide primaire FP2 qui, dans l'exemple, est constitué par les gaz d'échappement du moteur. Ces passages de circulation (représentés schématiquement par les flèches 26) comprennent une entrée 28 et une sortie 30 pour le deuxième fluide primaire FP2, qui sont situées à une autre extrémité du corps 12. Ainsi, l'entrée 22 et la sortie 24 sont situées d'un côté de la cloison 18, tandis que l'entrée 28 et la sortie 30 sont placées de l'autre côté de cette cloison 18.
Le fluide FPl parcourant la première partie 14 et le fluide FP2 parcourant la deuxième partie 16 sont refroidis par un même fluide, à savoir un fluide secondaire FS circulant dans des passages de circulation 31 et 32 qui sont communs aux parties 14 et 16 et qui les traversent de part en part. Dans l'exemple de réalisation, le fluide secondaire FS est un liquide de refroidissement, typiquement le liquide de refroidissement du moteur du véhicule. Le fluide secondaire FS pénètre dans le passage 31 par une tubulure d'entrée 34 et quitte le passage 32 par une tubulure de sortie 36. Dans l'exemple, les tubulures 34 et 36 sont disposées respectivement aux deux extrémités de 1' échangeur de chaleur. Elles pourraient cependant, en variante, être disposée à une même extrémité de l'échangeur de chaleur.
Comme on le verra plus loin en référence aux Figures 5 à 10, le corps de l'échangeur de chaleur est avantageusement réalisé par un empilement de plaques définissant des lames de circulation alternées.
En pareil cas, l'entrée 22 et la sortie 24 du fluide FPl sont avantageusement prévues sur une plaque d'extrémité 38, tandis que l'entrée 28 et la sortie 30 du fluide primaire FP2sont avantageusement prévues sur une autre plaque d'extrémité 40 du corps 12 de l'échangeur. Dans l'exemple l'entrée 34 du fluide FS et la sortie 36 du fluide secondaire sont disposées respectivement sur les plaques d'extrémité 38 et 40.
On regroupe ainsi, dans un même corps d'échangeur de chaleur, une première partie 14 pour le refroidissement de l'air de suralimentation et une deuxième partie 16 pour le refroidissement des gaz d'échappement recirculés. Dans tous les cas, les deux fluides primaires sont refroidis par un même fluide secondaire FS, ce qui permet de simplifier la construction de l' échangeur, donc de réduire ses coûts de fabrication et d'assemblage, et aussi l'encombrement global.
Dans la forme de réalisation de la Figure 2, qui représente un autre échangeur de chaleur s ' apparentant à celui de la Figure 1, les parties 14 et 16 sont découplées, et il est ainsi possible de les réaliser différemment. En particulier, il est avantageux que la première partie 14 et la deuxième partie 16 soient formées dans des matériaux de nature différente, par exemple dans des matériaux résistant à des gammes de températures différentes.
Dans l'exemple considéré, l'air de suralimentation parcourant la partie 14 se trouve dans une gamme de températures inférieure à celle des gaz d'échappement parcourant la partie 16. De ce fait, la partie 14 peut être réalisée dans un matériau de moindre résistance thermique, par exemple en aluminium, tandis que la deuxième partie 16 peut être réalisée dans un matériau de plus forte résistance thermique, par exemple en acier inoxydable.
Le passage 31 comprend un premier passage 31-1 dans la première partie 14 et un deuxième passage 31-2 dans la deuxième partie 16. De façon correspondante, le passage 32 comprend un premier passage 32-1 dans la première partie 14 et un deuxième passage 32-2 dans la deuxième partie 16.
Les premiers passages 31-1 et 32-1 sont reliés respectivement aux deuxièmes passages 31-2 et 32-2 par des joints étanches 42 et 44, ce qui permet de découpler les passages de circulation de la première partie de ceux de la deuxième partie.
Lorsque le corps 12 est formé par un empilement de plaques conformées, comme déjà indiqué, les joints étanches 42 et 44 sont avantageusement intercalés entre deux plaques 46 et 48 disposées en vis-à-vis et espacées l'une de l'autre. Ces plaques 46 et 48 sont qualifiées de plaques de fermeture dans la mesure où elles ferment respectivement la circulation du premier fluide primaire FPl dans la partie 14 et celle du fluide FP2 dans la partie 16. Ces plaques de fermeture 46 et 48 jouent la fonction de séparation de la plaque de séparation 18 de la Figure 1.
La standardisation de l' échangeur de la Figure 2 permet de mieux découpler les parties 14 et 16. Cette solution trouve un intérêt tout particulier dans le cas où ces deux parties sont formées dans des matériaux différents l'un de l'autre, comme déjà indiqué.
On se réfère maintenant aux Figures 3 et 4 qui constituent une variante de la forme de réalisation de la Figure 1. Dans cette forme de réalisation, la plaque de séparation 18 comporte un passage 46 muni d'un clapet 48 commandé par un actionneur 50 par l'intermédiaire d'une tige 52 traversant la partie 16. L' actionneur 50 peut être constitué, par exemple, par un vérin, un moteur électrique, un micromoteur, etc. La plaque de séparation 18 est en outre munie d'une ouverture 54 faisant communiquer les parties 14 et 16.
Le clapet 48 peut être placé soit dans une position d'ouverture (Figure 4), soit dans une position de fermeture (Figure 3). Dans la position d'ouverture, les passages de circulation du premier fluide primaire FPl et les passages de circulation du deuxième fluide primaire FP2 communiquent entre eux, si bien que le fluide primaire FPl peut circuler dans la première partie et la deuxième partie de l' échangeur, comme montré par les flèches. Ceci permet d'augmenter la capacité de refroidissement pour le fluide primaire FPl, le corps de l'échangeur n'étant alors parcouru que par le fluide primaire FPl.
Dans la position de fermeture (Figure 3), les passages de circulation du premier fluide primaire FPl et les passages de circulation du deuxième fluide primaire FP2 sont séparés, si bien que le premier fluide primaire FPl peut circuler dans la première partie 14 et le deuxième fluide primaire FP2 dans la deuxième partie 16 de l'échangeur. Par ailleurs, dans la forme de réalisation des Figures 3 et 4, l'échangeur comporte une première vanne 56 montée sur l'entrée 22 et une deuxième vanne 58 montée sur l'entrée 28, ce qui permet de réguler respectivement le débit du premier fluide primaire FPl et le débit du deuxième fluide primaire FP2. Ces deux vannes sont prévues respectivement aux deux extrémités de l'échangeur, c'est-à-dire aux deux extrémités du corps 12.
La vanne 56 se trouve ainsi avantageusement placée sur la plaque d'extrémité 38 et la vanne 58 sur la plaque d'extrémité 40.
On se réfère maintenant aux Figures 5 à 10 pour décrire une forme de réalisation particulière de l'invention, qui s'apparente à celle de la Figure 1.
Le corps 12 de l'échangeur est formé par un empilement de plaques conformées, à savoir des plaques 60 et 62 disposées par paires et de façon alternée. Les plaques 60 et 62 d'une même paire délimitent entre elles une lame de circulation 64 pour un fluide primaire, à savoir pour le fluide FPl dans la partie 14 et pour le fluide FP2 dans la partie 16 (voir en particulier la Figure 8). Par ailleurs, entre une plaque 62 d'une paire et une plaque 60 d'une paire adjacente, est délimitée, à chaque fois, une lame 66 pour la circulation du fluide secondaire FS, c'est- à-dire le liquide refroidissement.
En outre, des intercalaires 68 sont disposés dans les lames de circulation 64 des fluides primaires FPl et FP2, comme on le voit aux Figures 9 et 10. Ces intercalaires sont avantageusement formés par des feuilles métalliques ondulées et ils ont pour fonction d'augmenter la surface d'échange dans les lames 64 parcourues par les fluides primaires FPl et FP2 qui sont tous deux des gaz. Par ailleurs, les lames 66 parcourues par le fluide secondaire FS, qui est un liquide, sont avantageusement pourvues de bossettes 73 qui ont pour rôle de provoquer un écoulement turbulent. Dans le cas où, comme déjà indiqué, les parties 14 et 16 du corps 12 sont dans des matériaux différents, les intercalaires 68 de la première partie 14 et les intercalaires 68 de la deuxième partie 16 sont également formés dans des matériaux différents. Comme on le voit sur les Figures 5 , 6 et 7 , la plaque de séparation 18 comprend deux pattes de fixation 70 en forme d'oreille, faisant saillie à l'extérieur de la plaque. La plaque de séparation 18 est insérée au montage entre les plaques 60 et 62 de la partie 14 et les plaques 60 et 62 de la partie 16.
L'empilement des plaques 60 et 62 est encadré par deux plaques d'extrémité 38 et 40 qui constituent des moyens de renforcement. La plaque 38 reçoit la tubulure d'entrée 22 et la tubulure de sortie 24 du fluide FPl, tandis que la plaque 40 reçoit la tubulure d'entrée 28 et la tubulure de sortie 30 du fluide FP2. De plus la plaque 38 reçoit aussi, dans cet exemple de réalisation, la tubulure d'entrée 34 et la tubulure de sortie 36 du fluide secondaire FS.
Les plaques courantes 60 et 62 sont généralement identiques mais disposée de façon alternée pour définir les lames de circulation précitées. On décrira maintenant la structure d'une lame 60, étant entendu que cette description s'applique aussi à une lame 62.
La lame 60 est de forme générale oblongue et elle comprend un fond plat 72 muni de bossettes, aux extrémités duquel sont aménagées deux ouvertures 74 et 76 de forme circulaire. Les ouvertures 74 et les ouvertures 76 sont alignées respectivement avec la tubulure d'entrée 22 et la tubulure de sortie 24 pour permettre la circulation du fluide FPl dans les lames 64 de la partie 14 (voir en particulier la Figure 8). De même, les ouvertures 74 et les ouvertures 76 sont alignées respectivement avec la tubulure de sortie 30 et la tubulure d'entrée 28 pour permettre la circulation du fluide FP2 dans les lames 64 de la partie 16 (voir en particulier la Figure 8).
Chaque lame 60 comporte aussi deux autres ouvertures 78 et 80, également de forme circulaire, mais de plus petit diamètre que les ouvertures 74 et 76, et disposées proches de ces dernières. Dans l'empilement les ouvertures 78 et 80 viennent respectivement dans l'alignement de la tubulure d'entrée 34 et de la tubulure de sortie 36 pour permettre la circulation du fluide FS dans les lames 66 aussi bien dans la partie 14 que dans la partie 16. Pour cela, la plaque de séparation comporte deux ouvertures de passage 82 et 84 disposées respectivement dans l'alignement des ouvertures 78 et 80. L'ouverture 84 est visible sur la Figure 10.
Pour définir les lames de circulation de fluide, les plaques 60 sont creuses et entourées chacune d'un rebord périphérique 86 rehaussé par rapport au fond 72 et propre à être réuni de façon étanche avec le rebord périphérique homologue d'une plaque adjacente. Chaque plaque 60 est avantageusement réalisée par emboutissage et découpe d'une tôle métallique. Elle comporte de des cuvettes 88, 90, 92 et 94 entourant respectivement les ouvertures 74, 76, 82 et 84 (Figure 6). Comme on le voit en particulier sur la Figure 6, les intercalaires 68 disposés dans les lames 66 ont des ondulations définies par des génératrices qui s'étendent dans la direction longitudinale des plaques pour ne pas freiner l'écoulement des fluides primaires FPl et FP2.
L'ensemble de l'échangeur est avantageusement réalisé par brasage en une seule opération.
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, les parties 14 et 16 sont parcourues respectivement par l'air de suralimentation et les gaz d'échappement recirculés, tandis que ces deux fluides primaires sont refroidis par le liquide de refroidissement du moteur. La partie 16 du corps 12, qui forme un échangeur auxiliaire, pourrait en variante être parcourue par un fluide d'une autre nature.
L'invention est applicable notamment aux véhicules automobiles.

Claims

Revendications
1. Echangeur de chaleur propre à être monté sur le circuit d'air d'admission d'un moteur thermique,
caractérisé en ce qu'il comprend un corps (12) divisé en une première partie (14) ayant des passages de circulation (20) pour un premier fluide primaire (FPl) qui est l'air de suralimentation du moteur et en une deuxième partie (16) ayant des passages de circulation (26) pour un deuxième fluide primaire (FP2), par exemple les gaz d'échappement du moteur, le corps comprenant en outre des passages de circulation (31, 32) pour un fluide secondaire (FS), par exemple un fluide de refroidissement, commun aux deux parties de l'échangeur.
2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les passages de circulation (31, 32) du fluide secondaire (FS) sont communs aux deux parties (14, 16) de 1'échangeur et les traversent.
3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les passages de circulation (20) du premier fluide primaire (FPl) et les passages de circulation (26) du deuxième fluide primaire (FP2) sont séparés par une plaque de séparation (18) placée entre la première partie (12) et la deuxième partie (14) du corps de l'échangeur.
4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les passages de circulation (20) du premier fluide primaire (FPl) comprennent une entrée (22) et une sortie (24) débouchant à une première extrémité (38) du corps (12), tandis que les passages de circulation (26) du deuxième fluide primaire (FP2) comprennent une entrée (28) et une sortie (30) débouchant à une deuxième extrémité (40) du corps de 1' échangeur.
5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les passages de circulation du fluide secondaire (FS) comprennent des premiers passages (31-1, 32-1) dans la première partie (14)' ""ef'dë's deuxièmes passages (31-2, 32-2) dans la deuxième partie (16), ces premiers passages et deuxièmes passages étant reliés entre eux par des joints étanches (42, 44) .
6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps (12) est formé par un empilement de plaques conformées (60, 62) délimitant des lames de circulation (64) pour un premier fluide primaire (FPl ; FP2) alternant avec des lames de circulation (66) pour le fluide secondaire (FS) et des intercalaires (68) disposés dans les lames de circulation des fluides primaires (FPl ; FP2) .
7. Echangeur de chaleur selon les revendications 5 et 6, prises en combinaison, caractérisé en ce que les joints étanches (42, 44) sont intercalés entre deux plaques de fermeture (46, 48) du fluide primaire.
8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques de fermeture (46, 48) comportent des moyens de fixation (70) .
9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la plaque de séparation (18) comporte un passage (46) muni d'un clapet (48) commandé par un actionneur (50) et propre à être placé :
soit dans une position d'ouverture dans laquelle les passages de circulation du premier fluide primaire (FPl) et les passages de circulation du deuxième fluide primaire (FP2) communiquent, en sorte que le premier fluide primaire (FPl) peut circuler dans la première partie (14) et la deuxième partie (16) de 1 ' échangeur, soit dans une position de fermeture dans laquelle les passages de circulation du premier fluide primaire (FPl) et les passages de circulation du deuxième fluide primaire (FP2) sont séparés, en sorte que le premier fluide primaire (FPl) peut circuler dans la première partie (14) et le deuxième fluide primaire (FP2) dans la deuxième partie (16) de l'échangeur.
10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une première vanne (56) et une deuxième vanne (58) pour réguler respectivement le débit du premier fluide primaire (FPl) et le débit du deuxième fluide primaire (FP2 ) .
11. Echangeur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la première vanne (56) et la deuxième vanne (58) sont prévues respectivement à deux extrémités de 1 'échangeur.
12. Echangeur de chaleur selon les revendications 6 et 11, prises en combinaison, caractérisé en ce que la première vanne
(56) et la deuxième vanne (58) sont prévues respectivement sur deux plaques d'extrémité (38, 40) de l'échangeur.
13. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la première partie (14) et la deuxième partie (16) de l'échangeur sont formées dans des matériaux de nature différente, en particulier dans des matériaux résistant à des gammes de températures différentes.
14. Echangeur de chaleur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première partie (14) de l'échangeur est formée dans un matériau de moindre résistance, par exemple en aluminium, tandis que la deuxième partie (16) de l'échangeur est formée dans un matériau de plus forte résistante, par exemple en acier inoxydable.
15. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le deuxième fluide primaire (FP2) est formé par un débit de recirculation des gaz d'échappement du moteur.
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