MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

L’invention porte sur un système de refroidissement d’un air d’admission de moteur à combustion interne. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs turbocompressés.

L’automobile, comme de nombreux autres domaines industriels, utilise des échangeurs de chaleur pour assurer au moteur des conditions de fonctionnement optimales.

Le refroidissement d’un moteur thermique, et plus particulièrement de l’air d’admission provenant d’une sortie d’un turbocompresseur, nécessite l’utilisation d’échangeurs de chaleur pour refroidir cet air et permettre d’augmenter la densité du mélange air / carburant.

De nos jours, un échangeur de chaleur destiné au refroidissement d’un air suralimenté se compose d’un boîtier qui contient un corps de faisceau d’échange de chaleur entre l’air d’admission devant être refroidi et un fluide caloporteur.

Il est connu de fixer l’échangeur de chaleur destiné à refroidir l’air d’admission du moteur turbocompressé contre le moteur à combustion interne par l’intermédiaire d’une bride d’accostage.

La bride d’accostage doit remplir certaines conditions pour permettre à l’échangeur de chaleur d’être parfaitement maintenu contre le moteur à combustion interne. En effet, cette dernière doit résister à des contraintes mécaniques importantes qui résultent du poids, du porte-à- faux et du mode de fixation du dispositif de refroidissement équipé d’une telle bride d’accostage

Par ailleurs, l’échangeur de chaleur est placé non loin des chambres de combustion où la température peut atteindre 700°C. Le faisceau d’échange est également traversé par un fluide de refroidissement qui lui est à une température de l’ordre de 50°C. Ces deux températures sont fort éloignées et génèrent des contraintes thermiques importantes sur la bride d’accostage du dispositif de refroidissement.

Pour résister à ces contraintes, la bride d’accostage de l’art antérieur est conçue à partir de la technique du moulage métallique.

Cependant, cette technique de fabrication comprend plusieurs inconvénients. La fabrication d’une pièce par moulage métallique demande tout d’abord la réalisation d’un moule, qui, avec le temps s’use inévitablement. De plus, cette technique de fabrication est extrêmement énergivore. En effet, pour mouler une pièce, la matière première métallique doit être fondue, ce qui requiert une quantité considérable d’énergie à fournir pour fondre la matière première.

En outre, le moulage métallique est connu pour être une technique de fabrication peu précise, ce qui représente un inconvénient lors de la production de pièces métalliques destinées à assurer une étanchéité à l’air avec un autre composant, dans le cas présent, la culasse du moteur à combustion interne.

Enfin, il est régulier d’opérer une reprise en usinage d’une pièce moulée de manière à éliminer les aspérités sur certaines surfaces de la pièce moulée. Or, il est important que la surface de la bride d’accostage soit dénuée de toute aspérité afin d’assurer un planéité idéale entre la surface de la bride d’accostage et la surface du moteur à combustion interne contre laquelle la bride d’accostage est fixée. Cette retouche sur les pièces moulées implique donc une perte de temps et des coûts plus importants. L’invention a donc pour objectif de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur décrits ci-dessus en réduisant le temps de fabrication, en diminuant les coûts de fabrication et en réduisant l’énergie nécessaire à la réalisation de la bride d’accostage qui assure la fixation du dispositif de refroidissement au moteur à combustion interne.

La présente invention concerne ainsi un dispositif de refroidissement d’un air d’admission d’un moteur à combustion interne, le dispositif de refroidissement comprenant un boîtier à l’intérieur duquel est logé un corps de faisceau se composant d’un empilement de plaques et de dispositifs de dissipation, le dispositif de refroidissement comprenant une bride d’accostage configurée pour relier le boîtier au moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la bride d’accostage est emboutie.

L’emboutissage consiste en la déformation de la matière première métallique en une pièce recherchée de forme complexe par l’action compressive d’une presse à emboutir. Cette technique de fabrication comporte de nombreux avantages dont notamment celui de travailler le métal à froid, ce qui évite de dépenser de l’énergie pour faire fondre la matière première comme il est demandé lors d’un moulage métallique. De plus, l’action compressive n’implique pas la création d’aspérités sur la pièce emboutie, ce qui évite la reprise d’usinage de sa surface, qui implique dans l’art antérieur des dépenses additionnelles.

En plus d’éviter les dépenses additionnelles évoquées ci-avant, ce type de formage permet d’obtenir une meilleure précision dimensionnelle de la pièce. Ainsi, la bride d’accostage présente une forme plus complexe permettant de fixer le boîtier contre le moteur à combustion interne, tout en ayant une résistance mécanique et thermique au moins aussi bonne qu’avec la solution de l’art antérieur. De plus, la bride d’accostage emboutie présente l’avantage de pouvoir être solidarisée au boîtier par l’intermédiaire d’un procédé nommé brasage Nocolok. Ce procédé consiste à effectuer le brasage sans ajout de matière. En effet, la matière composant la bride d’accostage emboutie comprend au moins deux couches : une âme de matière première et une couche de liaison destiné à relier mécaniquement la bride d’accostage au boîtier. Cette couche de liaison est caractérisée par sa température de fusion, environ 550°C, qui est inférieure à la température de fusion de l’âme de la bride d’accostage. Ainsi, lors du brasage par procédé Nocolok, la couche de liaison fond et se mélange avec la surface contre laquelle elle est en appui, pour ne former qu’une unique structure, assurant la liaison mécanique et l’étanchéité entre les deux surfaces soudées. Ainsi, le boîtier et la bride d’accostage, qui sont tous deux dotés de cette couche de liaison, sont soudés lors du passage dans un four de brasage Nocolok. S’en suit alors une étape de refroidissement qui permet de solidifier les pièces ainsi liées.

En outre, le temps de fabrication d’une pièce emboutie est nettement inférieur à celui d’une pièce moulée et la cadence de production des pièces embouties est plus importante que celle des pièces moulées.

Le corps de faisceau est un faisceau d’échange de chaleur entre le flux d’air d’admission et un fluide caloporteur. Flux d’air d’admission et fluide caloporteur, notamment un liquide caloporteur, traversent tout deux le corps de faisceau.

Selon une caractéristique, la bride d’accostage comprend un bord replié contre lequel le boîtier est en appui. Le bord replié offre ainsi une surface de contact garantissant une bonne zone de liaison et une bonne étanchéité.

Selon une caractéristique, le boîtier est en appui contre une face interne du bord replié. Le bord replié forme ainsi une ceinture de maintien du boîtier, en venant entourer ce dernier.

On entend ici par face interne, la face du bord replié qui est au contact du boîtier, c’est-à- dire, la face contre laquelle le boîtier repose et est soudé après brasage par procédé Nocolok.

Le pli de la matière première étant rendu possible par l’opération d’emboutissage, ce bord replié présente l’avantage d’augmenter la surface de contact entre le boîtier et la bride d’accostage, augmentant par la même occasion la zone de contact et par conséquent la capacité de brasage du boîtier à la bride d’accostage. Par ailleurs, ce bord replié offre un espace de maintien du boîtier contre la bride d’accostage visible à l’œil nu, ce qui facilite sa vérification.

Selon une caractéristique, le bord replié comprend au moins une butée contre laquelle le boîtier prend appui. Les butées, qui résultent d’une déformation de la surface de la bride d’accostage, sont aisément réalisables sur une pièce emboutie, comme c’est le cas de la bride d’accostage selon l’invention. L’introduction du boîtier dans la bride d’accostage est limitée en une extrémité par ces butées, garantissant ainsi un positionnement du boîtier dans la bride d’accostage qui ne nécessite pas de moyens additionnels pour assurer leur position l’un par rapport à l’autre. On garantit ainsi par un moyen simple le respect d’une dimension essentielle du dispositif de refroidissement selon l’invention.

Selon une caractéristique, le corps de faisceau comprend au moins un couple de plaques entre lesquelles un fluide caloporteur peut circuler. De manière avantageuse, le corps de faisceau est configuré pour être parcouru de manière étanche par un liquide caloporteur.

Selon une caractéristique, le corps de faisceau comprend au moins un couple de dispositifs de dissipation disposé de part et d’autre du couple de plaques.

En effet, le corps de faisceau, qui est traversé par le flux d’air d’admission, comprend au moins un couple de plaques de forme parallélépipédique, par exemple rectangulaire, entre lesquels circule au moins un flux de fluide caloporteur. Les dispositifs de dissipation, de forme parallélépipédique, sont placés de part et d’autre du couple de plaques. De cette manière, un dispositif de dissipation se trouve adjacent à une plaque et un transfert de chaleur se produit entre le flux d’air d’admission, qui lèche les dispositifs de dissipation, et le flux de fluide caloporteur qui évolue entre les deux plaques d’un couple de plaques.

Selon une caractéristique, la bride d’accostage comprend au moins un bord d’accostage pourvu de moyens de fixation configurés pour solidariser la bride d’accostage au moteur à combustion interne.

A titre d’exemple, les moyens de fixation peuvent être des orifices permettant l’insertion de vis assurant la fixation de la bride d’accostage sur le moteur à combustion interne.

Selon une caractéristique, le boîtier comprend au moins quatre flancs entourant le corps de faisceau, au moins un des flancs comprenant au moins un bord courbé qui se superpose au moins en partie sur un flanc adjacent. Avant solidarisation du dispositif de refroidissement, ces flancs sont des pièces distinctes les unes des autres. Après solidarisation, ces pièces forment le boîtier.

Cet bord courbé d’un flanc, permettant la superposition d’un premier flanc sur un autre flanc, est obtenue par emboutissage d’une plaque. Ainsi, la superposition du bord courbé du premier flanc sur un autre flanc augmente la surface de contact, ce qui améliore la soudure entre les deux flancs superposés et améliore finalement l’étanchéité du boîtier. De la même manière qu’énoncé précédemment, la soudure est effectuée par brasage selon le procédé Nocolok, lors d’une étape simultanée à l’étape de brasage de la bride d’accostage emboutie et du boîtier.

Selon une caractéristique, le dispositif de refroidissement comprend une bride de maintien du boîtier, solidarisée au boîtier à l’opposé de la bride d’accostage par rapport au corps de faisceau.

Cette bride de maintien permet de maintenir les flancs du boîtier en place avant l’opération de brasage. Cette bride maintien forme également une zone d’accostage pour une conduite qui canalise le flux d’admission en provenance du turbocompresseur.

Selon un procédé de fabrication du dispositif de refroidissement d’un air d’admission, il est prévu au moins :

-une étape d’assemblage d’un corps de faisceau,

-une étape de positionnement du corps de faisceau dans un boîtier,

-une étape de positionnement d’une bride d’accostage emboutie à une première extrémité du boîtier,

-une étape de positionnement d’une bride de maintien à une deuxième extrémité du boîtier, la deuxième extrémité étant opposée à la première extrémité par rapport au boîtier, et

-une étape de brasage simultanée au moins du boîtier, de la bride d’accostage et du corps de faisceau.

Avantageusement, l’étape de brasage permet de relier en une opération le corps de faisceau, le boîtier, la bride d’accostage et la bride de maintien. L’étape de brasage est réalisée par un procédé Nocolok.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels

- la figure 1 est une vue en perspective avant du dispositif de refroidissement d’un air d’admission de moteur à combustion interne selon l’invention,

- la figure 2 est une vue en perspective de la bride d’accostage exploité dans le dispositif de refroidissement objet de l’invention,

- la figure 3 est une vue en perspective arrière du dispositif de refroidissement d’un air d’admission selon l’invention.

Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

La figure 1 représente une vue générale, en perspective, du dispositif de refroidissement 1 d’un air d’admission de moteur à combustion interne. Un tel dispositif de refroidissement 1 comprend un boîtier 2, un corps de faisceau 3 et une bride d’accostage 4, assemblés les uns aux autres simultanément au cours d’une étape de brasage selon un procédé Nocolok.

Le boîtier 2 comprend quatre flancs 21, parallèles deux à deux, permettant de former un boîtier 2 de forme parallélépipédique, voire cubique. Le boîtier 2 délimite une surface d’entrée 22 et une surface de sortie 23 parallèles entre elles, permettant à un flux d’air d’admission de traverser le boîtier 2 dans son intégralité, c’est-à-dire de part en part.

A l’intérieur du boîtier 2 se trouve le corps de faisceau 3. Le corps de faisceau 3 est constitué d’un empilement de plaques 31 et de dispositifs de dissipation 32. L’empilement de compose de la manière suivante : une alternance d’un couple de plaques 31 et d’un dispositif de dissipation 32. Entre les deux plaques 31 du couple de plaques, un flux de fluide caloporteur circule parallèlement à ces dernières. De plus, un couple de dispositifs de dissipation 32 est disposé de part et d’autre des plaques 31, encadrant ces dernières.

Cette organisation est, par la suite répétée, suivant un axe perpendiculaire aux plaques 31, jusqu’à remplir le boîtier 2 dans son intégralité.

Le flux d’air d’admission traversant le boîtier 2 passe au travers des dispositifs de dissipation 32, ces derniers pouvant prendre la forme d’ailettes ou d’intercalaires. Ainsi, un échange de chaleur s’effectue entre le fluide caloporteur qui circule entre les deux plaques 31 et le flux d’air d’admission qui circule à l’extérieur des deux plaques 31. La surface d’échange de chaleur est augmentée au moyen des dispositifs de dissipation 32.

La bride d’accostage 4 est placée au niveau de la surface de sortie 23 du boîtier 2. A l’image d’un anneau, la bride d’accostage 4 entoure le boîtier 2 qui repose contre un bord replié 41 de la bride d’accostage 4. Un tel bord replié 41 résulte d’un pliage à angle droit d’une partie intérieure de la bride d’accostage 4boîtier. Le boîtier 2 est inséré à l’intérieur de la bride d’accostage 4 jusqu’à être bloqué contre des butées 42 qui sont ménagées sur le bord replié 4L Une butée 42 prend la forme d’une languette, réalisée par une découpe ou une déformation du bord replié 41, et qui émerge vers l’intérieur de la bride d’accostage 4. Un bord libre de cette butée 42 forme une face d’appui contre laquelle le boîtier 2 est mis en contact, lors du pré-assemblage du dispositif de refroidissement 1 selon l’invention. De cette manière, le boîtier 2 est encastré dans la bride d’accostage 4.

Par la suite, un brasage est effectué entre le boîtier 2 et le bride d’accostage 4, au niveau du bord replié 41. En effet, la face interne 411 du bord replié 41 de la bride d’accostage 4 est soudée aux quatre flancs 21 du boîtier 2 par brasage selon le procédé Nocolok, assurant une bonne tenue mécanique du boîtier 2 contre la bride d’accostage 4.

De plus, la bride d’accostage 4 comprend un bord d’accostage 43 sur lequel des moyens de fixation 44 sont présents pour permettre la fixation de la bride d’accostage 4 contre le moteur à combustion interne. Les moyens de fixation 44 sont des orifices permettant l’insertion, par exemple, d’une vis qui, une fois serrée, maintient la bride d’accostage 4 contre le moteur à combustion interne. Afin de fiabiliser le serrage de la bride d’accostage 4 contre le moteur à combustion interne, les moyens de fixation 44 sont répartis sur le bord d’accostage, tout autour du boîtier 2.

Afin de supporter les importants efforts mécaniques engendrés par le serrage du dispositif de refroidissement 1 contre une face du moteur à combustion interne, un renfort périphérique 45 est réalisé sur la bride d’accostage 4, lors de l’opération d’emboutissage. Ce renfort périphérique 45 prend la forme d’un pliage à angle droit de la partie périphérique extérieure de la bride d’accostage 4. De cette manière, la bride d’accostage 4 présente une section en forme de « U », observée suivant une coupe perpendiculaire de la bride d’accostage 4 et traversant cette dernière. La présence d’un tel renfort périphérique 45 augmente significativement la résistance mécanique de la bride d’accostage 4.

La bride d’accostage 4 comprend également des oreilles où sont disposés les moyens de fixation 44. Il s’agit d’un élargissement localisé du bord d’accostage 43 qui offre la possibilité d’y disposer un écrou et une rondelle.

On constate que la bride d’accostage 4 est emboutie en raison des arrondis et congés qu’elle comporte à la frontière entre le bord replié 41 et le bord d’accostage 43, par exemple, ou entre le bord d’accostage 43 et le renfort périphérique 45.

La figure 2 représente une vue de travers de la bride d’accostage 4 selon le côté accueillant le boîtier.

La bride d’accostage 4 comprend en son centre un espace ouvert 46 de surface équivalente à la surface de sortie du boîtier, permettant ainsi l’insertion de ce dernier dans la bride d’accostage 4. Les butées 42, issues du bord replié 41, agissent comme limite à l’insertion du boîtier dans la bride d’accostage 4.Une fois le boîtier inséré jusqu’aux butées 42, ses flancs reposent contre le bord replié 41 de sorte à créer une surface de contact 47 entre le boîtier et la bride d’accostage 4. Dans une étape postérieure, une liaison mécanique par brassage selon le procédé Nocolok est mise en œuvre au niveau de cette surface de contact 47, afin de lier mécaniquement le boîtier à la bride d’accostage 4.

Le bord d’accostage 43 est muni de moyens de fixation 44. A titre d’exemple, ces moyens de fixation 44 peuvent être des orifices permettant l’insertion de moyen d’ancrage de la bride d’accostage 4 contre le moteur à combustion interne. A l’inverse de la précédente opération de liaison entre le boîtier 2 et la bride d’accostage 4, cette dernière est fixée contre le moteur à combustion interne par une action mécanique compressive telle que, par exemple, l’utilisation de vis et d’écrous.

De plus, les contraintes thermiques imposées par le moteur à combustion interne sur la bride d’accostage 4 sont élevées. Celles-ci génèrent une dilatation importante de la bride d’accostage 4. C’est pourquoi la bride d’accostage 4 comprend le renfort périphérique 45 placé à la périphérie externe de la bride d’accostage 4. Ce renfort périphérique 45 consiste en un pli perpendiculaire d’un bord d’accostage 43 de la bride d’accostage 4, un tel pli étant réalisé dans le même sens que le bord replié 41 de la bride d’accostage 4. De cette manière, la bride d’accostage 4, prenant la forme d’un « U », comprend deux angles droits 48 qui ont pour caractéristique majeure d’être hautement résistant à la déformation mécanique et thermique.

La bride d’accostage 4 est emboutie. Cette bride d’accostage 4 est le résultat d’une déformation d’une tôle plate opérée par un poinçon reçu dans une empreinte, poinçon et empreinte étant constitutifs d’une presse d’emboutissage.

La figure 3 représente une vue générale de l’arrière du dispositif de refroidissement 1 d’un air d’admission. On entend ici, arrière par rapport à la figure 1, présentant une vue de l’avant du dispositif de refroidissement 1.

En arrière-plan, il est représenté l’insertion du boîtier 2 à l’intérieur de la bride d’accostage 4, avec la présence de la surface de contact 47 entre le bord replié 41 de la bride d’accostage 4 et une partie des flancs 21 du boîtier 2.

La figure 3 illustre une face arrière du bord d’accostage 43.

Au niveau du bord d’accostage 43, les moyens de fixation 44 permettent la fixation de la bride d’accostage 4 au moteur à combustion interne, en particulier sur la culasse de ce dernier. A la périphérie du bord d’accostage 43, un pli est effectuée, créant ainsi le renfort périphérique 45. Ce renfort, orienté dans le même sens que le bord replié 41, rend la bride d’accostage plus résistante aux efforts mécaniques imposés par le dispositif de refroidissement 1 en tant que tel, et pas son montage sur le moteur à combustion interne. Au premier plan, la surface d’entrée 22 du boîtier 2 forme la bouche par laquelle le flux d’air d’admission entre à l’intérieur du boîtier 2, pour y subir un échange de chaleur avec le liquide caloporteur qui circule dans le corps de faisceau 3. L’échange de chaleur est augmenté grâce à la présence des dispositifs de dissipation 32 qui sont traversés par le flux d’air d’admission. Ces dispositifs de dissipation 32 captent les calories présentent dans le flux d’air d’admission et les transmettent aux plaques 31, et donc au liquide caloporteur qui circule entre celles-ci. L’empilement successif de cette organisation compose le corps de faisceau 3.

Le boîtier 2 enveloppe le corps de faisceau 3 par l’intermédiaire de quatre flancs 21, laissant ouverte la surface d’entrée 22, qui permet l’entrée du flux d’air d’admission, et la surface de sortie 23 qui permet la sortie de ce même flux d’air d’admission.

Afin de fixer les flancs 21 entre eux, ces derniers sont munis, au niveau de leurs extrémités en contact avec les autres flancs 21, de bords courbés 24. Ces bords courbés 24 créent une large surface de liaison entre deux flancs 21 adjacents. Ainsi, il est possible de disposer de deux flancs longitudinaux 21 munis chacun de deux bords courbés 24 qui coopèrent avec des flancs latéraux 21 plats au niveau de leurs extrémités. Alternativement, chacun des quatre flancs 21 peut comprendre un unique bord courbé 24 associé au flanc 21 adjacent.

Dans une étape postérieure, une soudure par brassage selon le procédé Nocolok est réalisée au niveau de cette surface de liaison entre les bords courbés 24 et les flancs recouverts par ces bords courbés 24, afin de lier mécaniquement les flancs 21 du boîtier 2 entre eux, rendant par la même occasion, le boîtier 2 complètement étanche au flux d’air d’admission qui circule dans le corps de faisceau 3.

La figure 3 montre également une bride de maintien 25 dont une des fonctions est de maintenir ensemble les quatre flancs 21 en appui les uns contre les autres par l’intermédiaire d’encoches 26, placés sur le pourtour de la bride de maintien 25. Ce maintien sert notamment en phase de pré-assemblage, avant le passage au four de brasage prévu dans le cadre du procédé Nocolok.

Cette bride de maintien 25 assure donc la fixation des quatre flancs 21 entre eux, permettant l’étanchéité du boîtier 2. Cette bride de maintien 25 sert également de bord d’accostage pour la réception d’une conduite en provenance du circuit d’air d’admission

La bride de maintien 25 est pièce de forme complémentaire à la forme du boîtier 2. Vue en coupe, cette bride de maintien forme un « U » à l’intérieur duquel se loge chaque flanc 21 du boîtier 2.

La bride de maintien 25 est disposée à l’opposé de la bride d’accostage 4, par rapport au boîtier 2 ou par rapport au corps de faisceau 3. La bride de maintien 25 s’étend donc dans le plan de la surface d’entrée 22 du flux d’air d’admission, tandis que la bride d’accostage emboutie 4 s’étend dans le plan de la surface de sortie 23 du flux d’air d’admission. La bride d’accostage emboutie 4 est ainsi disposée à une première extrémité du boîtier 2, le long d’une direction d’écoulement du flux d’air d’admission. La bride de maintien 25 est quant à elle disposée à une deuxième extrémité du boîtier 2, opposée à la première extrémité le long d’une direction d’écoulement du flux d’air d’admission.

On comprend à la lecture de ce qui précède que la présente invention propose un organe de refroidissement d’un flux d’air admis dans un moteur thermique et qui traverse un faisceau d’échange de chaleur. Cet organe est destiné à être attaché à une culasse du moteur thermique par le biais d’une bride de fixation qui est réalisée par un procédé d’emboutissage, détectable par le fait que la bride comprend des zones de pliage et de déformations qui résultent de ce procédé d’emboutissage. L’invention trouve un avantage certain dans l’emploi d’une bride d’accostage emboutie car elle peut être associée aux autres pièces préassemblées du dispositif de refroidissement, préalablement à l’opération de brasage opérée dans un four d’un procédé Nocolok.

L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison technique opérant de tels moyens. En particulier, la forme de la bride d’accostage peut être modifiée sans nuire à l’invention, dans la mesure où le dispositif de refroidissement, in fine, remplit les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans ce document.