FR2670277A1

FR2670277A1 - Device for cooling electronic components and gas throttle valve regulator (casing) for internal combustion engine making use thereof

Info

Publication number: FR2670277A1
Application number: FR9106720A
Authority: FR
Inventors: Aubourg Alain; Courdavault Jerome; Lefevre Philippe; Serus Philippe
Original assignee: Siemens Automotive SA
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1992-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-04
Also published as: FR2670277B1

Abstract

The casing comprises a gas throttle valve (3) which can move about an axis (5) perpendicular to the longitudinal axis of an air pipe (4) passing through the casing, and consisting of a thermally conducting material, this casing being designed to be combined with electronic control means. According to the invention, at least one electronic component (7), forming part of these means, is mounted in heat-exchange contact on the outer surface of the pipe (4), in a position situated near a pressure-reduction region of the air sucked in by the engine, immediately downstream of the throttle valve (3).

Description

La présente invention est relative à un dispositif de refroidissement de composants électroniques et, plus particulièrement, à un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne en faisant application. The present invention relates to a device for cooling electronic components and, more particularly, to a throttle valve housing for an internal combustion engine using it.

La température qui règne dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne est souvent telle que le fonctionnement des dispositifs électroniques (de commande d'injection et/ou d'allumage, par exemple) qui y sont contenus peut être perturbé, notamment quand ceux-ci contiennent des composants de puissance qui s'échauffent eux-mêmes du seul fait de leur fonctionnement. The temperature prevailing in the engine compartment of a motor vehicle fitted with an internal combustion engine is often such as the operation of the electronic devices (for controlling injection and / or ignition, for example) contained therein. can be disturbed, especially when these contain power components which heat themselves by the mere fact of their operation.

On a donc été amené à prévoir des moyens permettant de refroidir ces dispositifs et ces composants en tirant parti des rares zones "froides" que l'on trouve dans ce compartiment. C'est ainsi que l'on a pensé à fixer des composants électroniques sur un support ou un radiateur métallique disposé dans la veine d'air aspirée par le collecteur d'admission du moteur, air qui se trouve sensiblement à la température ambiante, à quelques degrés près. L'efficacité de ce moyen est cependant limitée, notamment en régime de ralenti du moteur ou plus généralement à bas régime, du fait de la vitesse alors plus faible de l'air dans le conduit d'admission et du réchauffement progressif de cet air au long de ce collecteur. It has therefore been necessary to provide means for cooling these devices and these components by taking advantage of the rare "cold" zones that are found in this compartment. This is how we thought of fixing electronic components on a metal support or radiator arranged in the air stream sucked in by the engine's intake manifold, air which is substantially at room temperature, at a few degrees. The effectiveness of this means is however limited, in particular in engine idling speed or more generally at low speed, due to the then lower speed of the air in the intake duct and the gradual heating of this air to along this collector.

On décrit aussi dans la publication SAE No. 840540 de la "Society of Automotive Engineers" (USA) intitulée "Integrated Engine Control - The Next Step in Electronic
Engine Technology", un ensemble intégrant notamment un boîtier de papillon des gaz, un injecteur, des capteurs et autres actionneurs associés à une électronique de commande d'allumage et d'injection. On indique dans cette publication que, dans l'ensemble décrit, des dispositions sont prises pour assurer un bon transfert thermique vers le corps du boîtier du papillon dont la masse constitue l'essentiel des moyens de refroidissement de l'électronique de commande. On indique en outre qu'un passage d'essence est prévu dans le corps du boîtier au voisinage des composants de puissance de l'électronique, pour accroître encore le refroidissement de ceux-ci.Also described in SAE No. 840540 of the "Society of Automotive Engineers" (USA) entitled "Integrated Engine Control - The Next Step in Electronic
Engine Technology ", an assembly including in particular a throttle valve unit, an injector, sensors and other actuators associated with an ignition and injection control electronics. It is indicated in this publication that, in the assembly described, arrangements are made to ensure good thermal transfer to the body of the throttle body, the mass of which constitutes the main part of the means of cooling the control electronics. housing body in the vicinity of the power components of the electronics, to further increase the cooling thereof.

I1 faut remarquer cependant que le boîtier du papillon des gaz est souvent à une température élevée du fait d'un échauffement par conduction depuis le collecteur d'admission du moteur sur lequel il est monté et d'un échauffement par rayonnement dû au moteur lui-même. L'aménagement d'une circulation d'essence dans le corps de ce boîtier peut être efficace mais au prix d'un renchérissement de la fabrication du boîtier, de risques de fuites et d'un accroissement de la température de l'essence, susceptible d'engendrer un phénomène parasite de vaporisation de l'essence connue sous le nom anglais de "vapor lock". It should be noted, however, that the throttle valve housing is often at a high temperature due to heating by conduction from the intake manifold of the engine on which it is mounted and heating by radiation due to the engine itself. even. The arrangement of a circulation of gasoline in the body of this box can be effective but at the cost of an increase in the manufacture of the box, risks of leaks and an increase in the temperature of the gasoline, susceptible to generate a parasitic phenomenon of vaporization of petrol known under the English name of "vapor lock".

La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de refroidissement de composants électroniques, plus particulièrement de composants d'électronique automobile, qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. The object of the present invention is to provide a device for cooling electronic components, more particularly automotive electronic components, which does not have the drawbacks mentioned above.

La présente invention a aussi pour but de fournir un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne, équipé de moyens permettant de refroidir efficacement des composants électroniques, dans une mise en oeuvre simple et peu coûteuse. The present invention also aims to provide a throttle body for an internal combustion engine, equipped with means for effectively cooling electronic components, in a simple and inexpensive implementation.

On atteint ces buts de 1 invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de refroidissement d'au moins un composant électronique monté en contact thermique sur un conduit en matériau thermoconducteur dans lequel passe un fluide en circulation forcée. Suivant l'invention le dispositif comprend un organe de restriction disposé dans le conduit de manière à établir une détente du fluide en aval de l'organe et au voisinage du composant ainsi refroidi par le fluide en détente. These objects of the invention are achieved, as well as others which will appear on reading the description which follows, with a device for cooling at least one electronic component mounted in thermal contact on a conduit made of thermally conductive material through which passes a fluid in forced circulation. According to the invention the device comprises a restriction member arranged in the conduit so as to establish an expansion of the fluid downstream of the member and in the vicinity of the component thus cooled by the expanding fluid.

On comprend que l'organe de restriction crée dans le conduit un étranglement où la pression est maximale, l'air se détendant à partir de cette pression maximale en aval de l'étranglement, cette détente s'accompagnant d'une absorption de calories reçues de la paroi adjacente plus chaude du conduit d'air, là où cette paroi est en contact thermique avec le composant à refroidir qui peut ainsi évacuer des calories excédentaires nuisibles à son bon fonctionnement. It is understood that the restriction member creates in the duct a constriction where the pressure is maximum, the air expanding from this maximum pressure downstream of the constriction, this expansion being accompanied by an absorption of calories received from the warmer adjacent wall of the air duct, where this wall is in thermal contact with the component to be cooled which can thus evacuate excess calories detrimental to its proper functioning.

En électronique automobile, l'invention fournit un boîtier de papillon des gaz pour moteur à combustion interne comprenant un papillon des gaz mobile autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal d'un conduit d'air traversant le boîtier et constitué en un matériau thermoconducteur, ce boîtier étant conçu pour être associé à des moyens électroniques de commande du moteur. Suivant l'invention, au moins un composant électronique formant partie de ces moyens est monté en contact de transfert thermique sur la surface extérieure du conduit, dans une position située au voisinage d'une zone de détente de l'air aspiré par le moteur, immédiatement en aval du papillon. In automobile electronics, the invention provides a throttle valve housing for an internal combustion engine comprising a throttle valve movable around an axis perpendicular to the longitudinal axis of an air duct passing through the housing and consisting of a thermally conductive material, this box being designed to be associated with electronic means for controlling the motor. According to the invention, at least one electronic component forming part of these means is mounted in thermal transfer contact on the external surface of the duct, in a position located in the vicinity of an expansion zone of the air drawn in by the motor, immediately downstream of the butterfly.

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du boîtier de papillon des gaz suivant la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement en coupe transversale un boîtier de papillon des gaz suivant l'invention, monté sur le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne. Other characteristics and advantages of the device and of the throttle valve housing according to the present invention will become apparent on reading the description which follows and on examining the appended drawing in which the single figure schematically represents in cross section a throttle valve according to the invention, mounted on the intake manifold of an internal combustion engine.

Sur cette figure, la référence I repère le collecteur d'admission, la référence 2 repère le corps du boîtier d'un papillon des gaz 3 placé dans un conduit 4 de section circulaire qui traverse le boîtier et dans lequel de l'air atmosphérique circule dans le sens des flèches F, F' sous l'effet de l'aspiration développée par un moteur à combustion interne (non représenté). In this figure, the reference I marks the intake manifold, the reference 2 marks the body of the housing of a throttle valve 3 placed in a duct 4 of circular section which passes through the housing and in which atmospheric air circulates in the direction of the arrows F, F 'under the effect of the suction developed by an internal combustion engine (not shown).

Classiquement le papillon, circulaire, pivote autour d'un axe 5 confondu avec l'un de ses diamètres et perpendiculaire à l'axe de la flèche F qui définit le sens de progression de l'air aspiré. On sait que le conducteur d'un véhicule propulsé par un moteur à combustion interne peut faire varier l'inclinaison du papillon sur l'axe de la flèche F en agissant sur une pédale d'accélérateur (non représentée). En variante, la position du papillon peut être ajustée ou corrigée d'une manière automatique par des dispositifs de commande du moteur qui se substituent alors au conducteur. Conventionally, the circular butterfly pivots about an axis 5 coinciding with one of its diameters and perpendicular to the axis of the arrow F which defines the direction of progression of the sucked air. It is known that the driver of a vehicle powered by an internal combustion engine can vary the inclination of the butterfly on the axis of the arrow F by acting on an accelerator pedal (not shown). As a variant, the position of the throttle valve can be adjusted or corrected automatically by engine control devices which then replace the driver.

Dans tous les cas, le papillon 3 définit dans l'écoulement d'air aspiré par le moteur à travers le conduit 4, un étranglement constitué de deux passages 6, 6' symétriques par rapport à l'axe 5 du papillon 3, chacun de ces passages prenant la forme, dans le plan du papillon, d'un croissant limité intérieurement par le contour circulaire du papillon 3 et extérieurement par le contour elliptique de la section du conduit circulaire par le plan du papillon 3, ces deux contours étant sensiblement tangents sur l'axe 5. Quand l'angle a repérant la position angulaire du papillon par rapport à une normale à son axe de rotation et à la direction de la flèche F, croît de O à 90 , la surface des passages 6, 6' varie d'une valeur sensiblement nulle à une valeur sensiblement égale à celle de la section droite du conduit, la perte de charge créée par le papillon variant en sens contraire. In all cases, the butterfly 3 defines in the air flow sucked by the engine through the conduit 4, a throttle consisting of two passages 6, 6 'symmetrical with respect to the axis 5 of the butterfly 3, each of these passages taking the form, in the plane of the butterfly, of a crescent limited internally by the circular contour of the butterfly 3 and externally by the elliptical contour of the section of the circular duct by the plane of the butterfly 3, these two contours being substantially tangent on the axis 5. When the angle a locating the angular position of the butterfly relative to a normal to its axis of rotation and to the direction of the arrow F, increases from O to 90, the surface of the passages 6, 6 ' varies from a value substantially zero to a value substantially equal to that of the cross section of the conduit, the pressure drop created by the butterfly varying in opposite directions.

On comprend que l'air entrant dans le conduit 4 suivant la flèche F voit sa vitesse et sa pression atteindre une valeur maximale dans les passages 6, 6', comme on l'observe au col d'un venturi. En aval de ces passages, la pression baisse et l'air se refroidit alors en se détendant. It is understood that the air entering the duct 4 along the arrow F sees its speed and pressure reach a maximum value in the passages 6, 6 ', as observed at the neck of a venturi. Downstream of these passages, the pressure drops and the air then cools while relaxing.

Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, on exploite ce phénomène pour assurer le refroidissement d'un composant électronique 7 en disposant judicieusement celui-ci en position de transfert thermique avec l'air qui se détend. According to an essential characteristic of the present invention, this phenomenon is exploited to ensure the cooling of an electronic component 7 by judiciously placing it in the heat transfer position with the air which expands.

Pour ce faire, le composant 7 est monté par exemple sur un substrat ou support thermoconducteur 8 fixé lui-même sur la paroi extérieure du conduit 4 formé dans le corps 2 du boîtier de papillon constitué en un matériau métallique thermo-conducteur. Le support 8 est fixé sur le boîtier par tous moyens convenables, vis, rivets, etc... La qualité du contact thermique entre la surface du support et celle du boîtier doit être aussi bonne que possible. A cet effet, on dispose éventuellement une graisse aux silicones thermoconductrice entre ces surfaces. To do this, the component 7 is mounted for example on a substrate or thermally conductive support 8 itself fixed on the outer wall of the conduit 4 formed in the body 2 of the butterfly housing made of a thermally conductive metallic material. The support 8 is fixed to the housing by any suitable means, screws, rivets, etc. The quality of the thermal contact between the surface of the support and that of the housing must be as good as possible. To this end, a thermally conductive silicone grease is optionally placed between these surfaces.

On comprend que l'air détendu et plus frais qui s'écoule en aval du papillon suivant les flèches G, G' vient lécher la paroi adjacente du conduit 4 en absorbant les calories qu'elle contient, ce qui permet de refroidir du même coup le composant électronique 7 adjacent qui évacue ainsi la chaleur qu'il rayonne par conduction puis par convection thermique forcée grâce à l'air frais qui entre dans le moteur. Un positionnement adéquat du composant, au droit de la zone la mieux refroidie par cet air frais, légèrement en aval du papillon, favorise le transfert thermique nécessaire. It is understood that the relaxed and cooler air flowing downstream of the butterfly according to the arrows G, G 'comes to lick the adjacent wall of the duct 4 by absorbing the calories which it contains, which makes it possible to cool at the same time the adjacent electronic component 7 which thus dissipates the heat which it radiates by conduction then by forced thermal convection thanks to the fresh air which enters the motor. Proper positioning of the component, in line with the area best cooled by this fresh air, slightly downstream of the butterfly valve, promotes the necessary heat transfer.

On peut encore améliorer ce transfert thermique en perçant au moins une ouverture 9 dans la paroi du conduit d'air, pour assurer un contact direct entre la veine d'air frais circulant suivant la flèche G et le support conducteur de chaleur du composant 7, cette ouverture 9 étant percée évidemment au voisinage de la position occupée par ce composant sur son support. This thermal transfer can be further improved by piercing at least one opening 9 in the wall of the air duct, to ensure direct contact between the stream of fresh air circulating in the direction of arrow G and the heat conducting support of the component 7, this opening 9 obviously being pierced in the vicinity of the position occupied by this component on its support.

On sait que le collecteur d'admission 1 d'un moteur à combustion interne est fortement chauffé par le fonctionnement de ce dernier. Pour éviter que le corps 2 du boîtier de papillon soit échauffé par conduction thermique à son contact avec ce collecteur d'admission 1 on prévoit, suivant l'invention, d'installer entre ceux-ci une cale 10 en un matériau thermoisolant. It is known that the intake manifold 1 of an internal combustion engine is strongly heated by the operation of the latter. To prevent the body 2 of the throttle housing from being heated by thermal conduction in contact with this intake manifold 1, provision is made, according to the invention, to install between them a shim 10 made of a thermally insulating material.

On observera que le dispositif de refroidissement suivant l'invention est efficace à tous les régimes de fonctionnement du moteur. Ainsi, lorsque le papillon est peu ouvert, soit en phase de décélération ou de ralenti, la chute du débit d'air que cette position du papillon entraîne est compensée par une détente de l'air plus importante en aval du papillon, les passages 6,6' étant de surfaces plus réduites. Quand le conducteur appuie sur l'accélérateur pour ouvrir plus largement le papillon de manière à faire croître le régime du moteur, le composant électronique 7 peut être plus sollicité pour suivre cet accroissement de régime en subissant alors un plus fort échauffement par la chaleur qu'il dégage. C'est le cas par exemple lorsque le composant 7 est un transistor de puissance commandant l'alimentation d'un actionneur tel qu'un injecteur de carburant ou une bobine d'allumage.Mais alors le débit et la vitesse de l'air aspirés par le moteur s'accroissent parallèlement pour assurer un plus fort refroidissement du composant 7. It will be observed that the cooling device according to the invention is effective at all engine operating speeds. Thus, when the throttle valve is not very open, either in the deceleration or idling phase, the drop in the air flow that this position of the throttle causes is compensated by a greater relaxation of the air downstream of the throttle valve, the passages 6 , 6 'being of smaller surfaces. When the driver presses on the accelerator to open the throttle valve more widely so as to increase the engine speed, the electronic component 7 may be more stressed to follow this increase in speed, then undergoing greater heat heating than it releases. This is the case for example when component 7 is a power transistor controlling the supply of an actuator such as a fuel injector or an ignition coil. But then the flow rate and the speed of the air sucked by the motor increase in parallel to ensure greater cooling of the component 7.

Le dispositif de refroidissement suivant l'invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord il ne requiert aucune pièce d'usinage compliquée ou spécifique. La solution proposée par l'invention est donc simple et peu coûteuse. Le dispositif se prête en outre à une intégration dans un ensemble d'injection et/ou d'allumage comprenant un boîtier de papillon, des capteurs et actionneurs (injecteurs, etc...) et une électronique de commande comprenant au moins un composant électrique à refroidir énergiquement, tel qu'un transistor de puissance commandant l'ouverture d'un injecteur. L'ensemble ainsi constitué est compact, de montage facile à coût réduit, comprend un minimum de connecteurs pour une fiabilité accrue et peut être testé complètement et commodément. Un tel ensemble peut assurer une fonction d'injection "monopoint" ou "multipoint". The cooling device according to the invention has many advantages. First of all, it does not require any complicated or specific machining part. The solution proposed by the invention is therefore simple and inexpensive. The device is also suitable for integration into an injection and / or ignition assembly comprising a throttle body, sensors and actuators (injectors, etc.) and control electronics comprising at least one electrical component. to be cooled vigorously, such as a power transistor controlling the opening of an injector. The assembly thus formed is compact, easy to assemble at reduced cost, includes a minimum of connectors for increased reliability and can be tested completely and conveniently. Such an assembly can provide a "single-point" or "multi-point" injection function.

Bien entendu la présente invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'a titre d'exemple. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à l'installation d'un dispositif de refroidissement dans un boîtier de papillon des gaz mais s'étend au contraire au refroidissement de composants électroniques par une détente dans un gaz établi en aval d'une restriction disposée dans une veine de ce gaz en écoulement forcé. Of course the present invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example. Thus, the invention is not limited to the installation of a cooling device in a throttle body but on the contrary extends to the cooling of electronic components by expansion in a gas established downstream of a restriction placed in a vein of this gas in forced flow.

Claims

1. Cooling device for at least one electronic component (7) mounted in thermal contact on a conduit (4) made of thermally conductive material through which a fluid in forced circulation passes, characterized in that it comprises a restriction member (3 ) arranged in the duct (4) so as to establish an expansion of the fluid downstream of the member and in the vicinity of the component (7) thus cooled by the expanding fluid.

2. Device according to claim 1, for electronic component (7) mounted on a thermally conductive support (8), characterized in that the conduit (4) is pierced with at least one opening (9) in the vicinity of the occupied position by the component (7), this opening (9) being closed by the support (8) thereof.

3. Throttle valve housing for an internal combustion engine, comprising a throttle valve (3) movable about an axis (5) perpendicular to the longitudinal axis of an air duct (4) passing through the housing and made of a thermally conductive material, this box being designed to be associated with electronic control means, characterized in that at least one electronic component (7) forming part of these means is mounted in thermal transfer contact on the external surface of the duct (4), in a position located in the vicinity of an expansion zone of the air drawn in by the engine, immediately downstream of the butterfly valve (3).

4. Housing according to claim 3, characterized in that the electronic component (7) is mounted on a thermally conductive support (8) fixed on the air duct (4).

5. Housing according to claim 4, characterized in that a thermally conductive grease is interposed between the thermally conductive support (8) and the conduit (4) to enhance the heat transfer.

6. Housing according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the conductive support (8) closes an opening (9) pierced in the air duct (4) in the vicinity of the position occupied by the component electronics (7) on this support.

7. Housing according to any one of claims 3 to 6, characterized in that it comprises a shim (10) of heat-insulating material, arranged to be interposed between two facing surfaces of the housing and of a collector (1 ) air intake of an internal combustion engine which receives this box.

8. Housing according to any one of claims 3 to 7, characterized in that the component (7) is a power transistor.