VÉHICULE AUTOMOBILE

La présente invention concerne une plaque collectrice pour échangeur de chaleur de véhicule automobile et un échangeur de chaleur muni d'une telle plaque collectrice.

Un échangeur de chaleur comporte classiquement un faisceau de tubes, délimité par deux tubes d'extrémités. En complément, des ailettes d'échange thermique peuvent être prévues entre les tubes du faisceau pour améliorer l'échange de chaleur. Une ailette d'échange thermique d'extrémité peut être disposée sur la face externe de chacun des tubes d'extrémité. La ou les ailettes d'échange thermique d'extrémité délimitent ainsi le faisceau de tubes. Une joue est disposée directement sur chacune des ailettes d'échange thermique d'extrémité mentionnées.

Un échangeur de chaleur comporte encore deux plaques collectrices (ou « collecteurs ») qui sont traversées par les extrémités des tubes du faisceau de tubes. Les plaques collectrices sont chacune recouverte d'un couvercle pour former une boîte à eau. Dans le cas d'espèce, une première boîte à eau permet la distribution du fluide traversant les tubes depuis une entrée de fluide formée par un premier couvercle. La deuxième boîte à eau permet la collecte du fluide ayant traversé les tubes, pour le conduire à une sortie de fluide de échangeur de chaleur, formée par le deuxième couvercle.

Dans le domaine automobile, notamment, un échangeur de chaleur peut comporter deux faisceaux de tubes, parallèles et décalés l'un par rapport à l'autre dans une direction normale aux deux faisceau de tubes, traversés successivement par le fluide à refroidir ou chauffer. Dans ce cas, l'entrée et la sortie de fluide peuvent être disposées au niveau d'une même extrémité des faisceaux de tubes et formées par un même couvercle, la boîte à eau située à l'autre extrémité permettant de guider le fluide depuis la sortie des tubes du premier faisceau de tubes traversés vers l'entrée des tubes du deuxième faisceau de tubes à traverser.

Dans ce cas de figure, les tubes des deux faisceaux de tubes sont traversés par du fluide à des températures différentes. Il s'en suit des dilations différentes des tubes entre le premier faisceau, parcouru par un fluide plus chaud, et le deuxième faisceau, parcouru par un fluide plus froid. Ces dilatations différentes peuvent provoquer des fissures ou d'autres dommages dans les plaques collectrices auxquelles les tubes sont fixés, qui nuisent à l'étanchéité nécessaire pour guider efficacement le fluide.

Ces effets des dilatations différentielles des tubes peuvent être accentués quand la plaque collectrice comporte une rainure de réception d'un joint d'étanchéité, qui rend la plaque collectrice plus rigide.

Ces dilatations différentes sont en outre particulièrement sensibles au niveau de la plaque collectrice de la boîte à eau d'entrée et de sortie, qui est en contact direct avec du liquide le plus chaud et du liquide le plus froid. Cette plaque collectrice peut alors présenter des dilatations différentielles aptes à provoquer également des dommages à la plaque collectrice nuisant à son étanchéité.

Un but de l'invention est de fournir une plaque collectrice permettant de réduire, voire d'éviter totalement l'apparition de ces fissures et/ou dommages.

À cette fin, l'invention propose une plaque collectrice pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, comportant une première zone de réception de tubes d'un premier faisceau de tubes d'un échangeur de chaleur, et une deuxième zone de réception de tubes d'un deuxième faisceau de tubes d'un échangeur de chaleur, la plaque collectrice ayant une rainure, la rainure s 'étendant entre les première et deuxième zones de réception, la plaque collectrice présentant un amincissement au niveau de la rainure.

Ainsi, l'amincissement de la plaque au niveau de la rainure, permet de créer une « amorce de déformation », permettant d'assouplir la plaque collectrice et de faciliter l'adaptation de la plaque collectrice aux dilatations différentielles des tubes des premier et deuxième faisceaux. Notamment, cet amincissement, situé entre les deux parties mentionnées ci-avant, facilite le pivotement relatif de ces deux parties, autour de cet amincissement.

Selon des modes de réalisation préférés de l'invention, la plaque collectrice comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

l'amincissement au niveau de la rainure correspond à une épaisseur minimale de la plaque collectrice au niveau de la rainure, supérieure à 50 % et/ou inférieure à 75 % d'une épaisseur maximale de la plaque collectrice au niveau de la rainure ;

la rainure est définie par un pli de la plaque collectrice ; le pli a une section en « U » ;

l'amincissement de la plaque collectrice se situe au niveau d'un ou des angles de la section en « U » du pli ;

la plaque collectrice présente, sur une face de la plaque collectrice opposée à la face de la plaque collectrice avec la rainure, un sillon ou une déformation réduisant l'épaisseur de la plaque collectrice ;

la rainure est sur une face de la plaque collectrice destinée à être orientée vers un couvercle formant avec la plaque collectrice au moins une boîte à eau ;

- la plaque collectrice est de forme sensiblement rectangulaire, de préférence avec des coins arrondis, et la rainure s'étend selon une direction longitudinale de la plaque collectrice ;

la première et/ou la deuxième zone de réception de tubes comportent une pluralité de fentes, de préférence parallèles, chaque fente étant de préférence destinée à être traversée par l'extrémité d'un tube respectif ;

chaque fente est au sommet d'un bossage de la plaque collectrice, le bossage étant de préférence de forme oblongue, la longueur de la forme oblongue étant, de préférence encore, sensiblement perpendiculaire à la rainure, le bossage faisant de préférence saillie de la face de la plaque collectrice avec la rainure ;

la plaque collectrice forme une gorge autour des première et deuxième zones de réception, la rainure débouchant de part et d'autre dans la gorge. Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un dispositif d'échange de chaleur pour véhicule automobile, notamment à un radiateur de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile, à deux passes méthodiques, comprenant un premier et un deuxième faisceau de tubes, une première plaque collectrice et une deuxième plaque collectrice, au moins un premier couvercle, de préférence un unique premier couvercle, fixé sur la première plaque collectrice et formant une entrée et une sortie d'eau, un deuxième couvercle fixé sur la deuxième plaque collectrice et formant guide pour l'eau entre le premier faisceau de tubes et le deuxième faisceau de tubes, la première plaque collectrice étant telle que décrite précédemment, dans toutes ses combinaisons. De préférence, l'échangeur de chaleur selon l'invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

le dispositif d'échange de chaleur comprend également un premier joint d'étanchéité reçu dans la rainure de la première plaque collectrice, disposé entre la première plaque collectrice et une paroi du premier couvercle, pour séparer un espace de distribution mettant en communication de fluide l'entrée d'eau et le premier faisceau de tubes, d'un espace de collecte, mettant en communication de fluide la sortie d'eau et le deuxième faisceau de tubes, le joint d'étanchéité étant de préférence à section en « U » ;

la gorge recevant un second joint d'étanchéité unique pincé entre la première plaque collectrice et une paroi du premier couvercle, le joint d'étanchéité étant de préférence à section en « U » ; et

le second joint d'étanchéité a une forme en « 8 » avec une branche centrale, la branche centrale formant le premier joint d'étanchéité reçu dans la rainure de la première plaque collectrice.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels :

les figures 1 et 2 représentent un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, respectivement en perspective et en vue de face ;

les figures 3 et 4 illustre une plaque collectrice de l'échangeur de chaleur de la figure 1, respectivement en perspective et en coupe selon la ligne IV- IV ; la figure 5 illustre un détail de la figure 4 ;

la figure 6 illustre une variante du détail de la figure 5 ; et

les figures 7 et 8 montrent en perspective arrachée et en vue éclatée, respectivement, un détail du montage de l'échangeur de chaleur de la figure

1.

Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la description, seules les différences entre les modes de réalisation présentés sont décrites.

Les figures 1 et 2 illustrent un exemple d' échangeur de chaleur 10 (ou échangeur thermique). En l'espèce, il s'agit d'un échangeur de chaleur à deux passes méthodiques, de refroidissement de la boîte de vitesse et du moteur d'un véhicule automobile. Un tel échangeur peut par exemple refroidir de l'eau, qui le traverse, à l'aide d'un flux d'air F créé par la vitesse de déplacement du véhicule automobile.

L'échangeur de chaleur 10 comporte essentiellement deux faisceaux de tubes 12, (dont un seul est visible sur les figures 1 et 2) s 'étendant selon deux plans parallèles, décalés l'un par rapport à l'autre selon une direction normale aux plans. Les faisceaux de tubes sont montés entre deux plaques collectrices 14, 16 recevant les extrémités des tubes 12, et deux joues latérales 18, 20. Les plaques collectrices 14, 16 sont de forme générale rectangulaire, en l'espèce avec des coins arrondis. Les plaques collectrices 14, 16 peuvent être en métal, notamment en aluminium.

Un premier couvercle 22 est fixé sur la plaque collectrice 14, située à une première extrémité longitudinale de l'échangeur de chaleur 10, l'ensemble ainsi formé étant parfois appelé boîte à eau. Le premier couvercle 22 forme une entrée 24 et une sortie d'eau 26 de l'échangeur de chaleur 10. Le premier couvercle 22 forme également, avec la plaque collectrice 14, deux espaces :

un premier espace dit de distribution, met en communication de fluide l'entrée d'eau 24 et un premier faisceau de tubes, en l'espèce, le faisceau de tube non visible sur la figure, destiné à être placé en aval par rapport à la direction de propagation du flux F d'air de refroidissement ;

- un deuxième espace dit de collecte, met en communication de fluide la sortie d'eau 26 et le deuxième faisceau de tubes.

Un deuxième couvercle 28 est fixé à la plaque collectrice 16 située à la deuxième extrémité de l'échangeur de chaleur 10, opposée à la première. Ce deuxième couvercle 28 définit avec la plaque collectrice 16 un espace creux qui met en communication de fluide les premier et deuxième faisceaux de tubes 12.

Le fonctionnement de cet échangeur de chaleur 10 peut être résumé comme suit : l'eau, chaude, rentre dans le dispositif d'échange de chaleur 10 par l'entrée d'eau 24 :

l'eau chaude traverse l'espace de distribution formé par le premier couvercle 22 et la plaque collectrice 14, vers le premier faisceau de tubes 12, situé en aval par rapport au deuxième faisceau de tubes 12, dans le sens d'écoulement de l'air F, ce premier faisceau de tubes 12 étant ainsi en contact avec de l'air préalablement chauffé par le contact avec le deuxième faisceau de tubes 12 ; à l'extrémité de l'échangeur de chaleur 10, opposée à l'entrée d'eau 24, l'eau fait demi-tour, guidée par le couvercle 28, qui dirige l'eau vers le deuxième faisceau de tubes 12 ;

l'eau traverse ensuite ce deuxième faisceau de tubes 12, jusque dans l'espace de collecte formé par le premier couvercle 22 et la plaque collectrice 14, qui dirige l'eau refroidie vers la sortie d'eau 26.

Ainsi, le premier faisceau de tubes 12 est traversé pas du fluide globalement plus chaud que le fluide traversant le deuxième faisceau de tubes 12. Les tubes du premier faisceau de tubes se dilatent par conséquent de manière plus conséquente que les tubes du deuxième faisceau de tubes. Ces deux faisceaux de tubes 12 étant fixés aux deux plaques collectrices 14, 16, notamment par brasage, les dilatations différentes des tubes induisent des efforts sur les plaques collectrices, selon une direction sensiblement parallèle à la direction d'extension des tubes, et donc sensiblement normale aux plans des plaques collectrices 14, 16.

Cependant, comme décrit ci-après, la plaque collectrice 14 est ici conçue pour limiter les effets de ces dilatations, notamment pour éviter les risques d'apparition de fissures ou d'autres détériorations plus conséquentes, qui pourraient nuire à l'étanchéité des plaques collectrices 14, 16, rendant le dispositif d'échange thermique 10 inopérant ou, à tout le moins, moins efficace.

Ainsi, comme illustrée à la figure 3, qui représente une face 14a de la plaque collectrice - ci-après face interne 14a - destinée à être orientée vers le premier couvercle 22, et opposée à la face 14b, référencée sur la figure 4 - ci-après face externe, la plaque collectrice 14 comprend deux zones 30, 32 de réception des tubes des premier et deuxième faisceaux 12 de tubes. Ici ces zones sont symétriques par rapport à un plan médian longitudinal de la plaque 14. Chaque zone de réception 30, 32 est formée de sensiblement une moitié de la plaque collectrice 14. Chaque zone de réception des tubes 30, 32 comporte par exemple un même nombre de fentes 34 de réception des tubes des faisceaux de tubes 12, les fentes 34 étant traversées par l'extrémité des tubes afin que ceux-ci débouchent respectivement dans l'espace de distribution ou dans l'espace de collecte définie avec le premier couvercle 22. Pour assurer l'étanchéité de ce montage, les tubes peuvent être brasés à la plaque collectrice 14, notamment au niveau de ces fentes 34. En outre, les fentes 34 sont ici réalisées au sommet de reliefs ou bossages 36, par rapport à la face interne 14a de la plaque collectrice 14. Les bossages peuvent être de forme oblongue, comme illustré sur la figure 3, pour les rendre plus rigides et/ou les adapter à la forme des tubes dont ils reçoivent les extrémités. De préférence, pour optimiser le nombre de fentes 34, la direction principale de la forme oblongue des bossages 36 correspond alors sensiblement à la largeur de la plaque collectrice 14.

Les deux zones de réception 30, 32 sont séparées par une rainure 38 dans la face interne 14a. La rainure 38 est destinée à recevoir un joint d'étanchéité, assurant l'étanchéité entre l'espace de distribution et l'espace de collecte.

La rainure 38 s'étend ici selon une ligne droite correspondant à une direction longitudinale de la plaque collectrice 14. Cette forme de la rainure 38 est particulièrement adaptée pour recevoir un joint assurant l'étanchéité entre la plaque collectrice 14 et le premier couvercle 22, joint dont la géométrie est de préférence simple pour assurer son efficacité.

Ici, la rainure 38 est formée par un pli 40 de la plaque collectrice 14. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux, car le pli 40 peut être réalisé au cours de la même étape d'emboutissage que celle formant les fentes 34 et/ou les bossages 36.

Le pli 40 a ici une section en « U ». Cette forme du pli 40 lui assure une plus grande flexibilité. Plus précisément, et comme visible sur la figure 5, notamment, le pli 40 comporte deux joues 42, 44 autour d'une âme 46, définissant le fond de la rainure 38. Les joues 42, 44 forment avec l'âme un angle compris par exemple entre 70 ⁰ et 130 °. L'angle entre les joues et l'âme peut notamment être défini comme étant l'angle maximal entre les tangentes à la face 14a de plaque collectrice 14, au niveau des joues 42, 44, et un plan parallèle au plan d'extension de la plaque collectrice 14.

Comme cela est plus particulièrement visible sur la figure 5, la plaque collectrice 14 présente un amincissement au niveau de la rainure 38. Plus précisément, ici, l'épaisseur de la plaque collectrice 14 présente un minimum e _min , au moins local, au niveau de la rainure 38. Cet amincissement peut être réalisé sensiblement au niveau d'un angle ou des angles de la section en « U » du pli 40, c'est-à-dire au niveau des coins 48 à la jonction entre les joues 42, 44 et l'âme 46 du pli 40. L'épaisseur e _min de la plaque 14 peut être comprise entre 50 % et 75 % de l'épaisseur maximale e _max de la plaque 14 au niveau du pli 40. En particulier, l'épaisseur e _m i _n de la plaque 14 peut être supérieure à 0,8 mm et/ou inférieure à 1,2 mm. L'épaisseur maximale e _max de la plaque 14 au niveau du pli 40 peut être supérieure à 1 mm et/ou inférieure à 2 mm, notamment être sensiblement égale à 1,5 mm. Ici, cette épaisseur maximale e _max est celle de la plaque 14 aux extrémités des joues 42, 44 du pli 40, qui ne rejoignent pas l'âme 46. L'épaisseur e _max peut être égale à l'épaisseur de la plaque 14 au niveau des zones de réception 30, 32, notamment au voisinage de la rainure 38.

La figure 6 illustre une variante dans laquelle la plaque collectrice 14 présente, sur sa face externe 14b, une déformation ou un sillon 50 formant un amincissement plus important. Le sillon 50 est réalisé au niveau de la rainure 38. Le sillon 50 s'étend en particulier parallèlement à la rainure 38. Le sillon 50 peut, à lui seul, permettre de créer un amincissement de la plaque collectrice 14 au niveau du pli 40. Alternativement, cependant, ce sillon 50 est réalisé en sus d'un amincissement tel que décrit en regard de la figure 5. De manière particulièrement avantageuse, le sillon 50 et/ou tout amincissement de la plaque 14 au niveau de la rainure 38 est réalisé plus près de la zone de réception recevant les tubes du premier faisceau de tubes, c'est-à-dire les tubes traversés par le fluide le plus chaud, que de la zone de réception recevant les tubes du deuxième faisceau de tubes, c'est-à-dire les tubes traversés par le fluide le plus froid. Notamment, quand la rainure est réalisée sous la forme d'un pli 40, l'amincissement et/ou le sillon 50 ne sont pas réalisés au sommet du pli 40, mais sont décalés par rapport à ce sommet, en direction de la zone de réception des tubes traversés par le fluide le plus chaud. Ceci permet de faciliter la déformation de la plaque collectrice 14 au niveau de la rainure 38, par rotation autour de l'amincissement.

Les figures 7 et 8 illustrent plus en détails le montage du premier couvercle 22 sur la première plaque collectrice 14. Un joint d'étanchéité 52 est reçu dans la rainure 38. Le joint d'étanchéité 52 a une section en « U » afin d'être reçu dans la rainure 38 et de recevoir une paroi 54 du premier couvercle 22. La paroi 54 permet de séparer l'espace de distribution, en communication de fluide avec l'entrée d'eau 24, d'une part, et le premier faisceau de tubes, d'autre part, et l'espace de collecte, en communication de fluide avec la sortie d'eau 26, d'une part, et le deuxième faisceau de tubes, d'autre part. Comme cela est plus particulièrement visible sur la figure 8, le joint 54 est avantageusement la branche centrale d'un joint 56 en « 8 ». Le joint 56 peut être à section en « U » pour recevoir des parois du premier couvercle 22 et ainsi assurer l'étanchéité de ces couvercles. La partie du joint 56, non reçue dans la rainure 38, est reçue dans une gorge 58, réalisée dans la face interne 14a de la plaque collectrice 14 et entourant les première et deuxième zones de réception 30, 32.

L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits mais est susceptibles de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.

Notamment, dans le mode de réalisation décrit, un seul premier couvercle forme l'entrée et la sortie d'eau du dispositif d'échange de chaleur. En variante, cependant, l'entrée et la sortie d'eau sont formées par des couvercles distincts.