FR2801637A1 - Circuit de refroidissement pour un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Ce circuit (2) comporte un échangeur de chaleur principal (10) pour le refroidissement du fluide du circuit et un échangeur de chaleur annexe (20) pour le chauffage de l'air de chauffage d'un habitacle de véhicule.Une entrée (5) d'une soupape thermostatique (6) est reliée à une sortie (3) du moteur (1), des première et deuxième sorties (7, 18) de la soupape (6) sont reliées respectivement à une entrée (9) de l'échangeur principal (10) et à une entrée (21) de l'échangeur annexe (20), une sortie (12) de l'échangeur principal (10), la deuxième sortie (18) de la soupape (6), par une conduite de court-circuit (19), et une sortie (22) de l'échangeur annexe (20) sont reliées à une entrée (14) du moteur (1).Selon la position de la soupape (6), la première sortie (7) est complètement ouverte et la deuxième sortie (18) étranglée, la première et la deuxième sorties (7, 18) sont plus ou moins ouvertes, la première sortie (7) est fermée et la deuxième sortie (18) est complètement ouverte.
Description
Circuit de refroidissement pour un moteur à combustion interne L'invention
concerne un circuit de refroidissement pour un moteur à combustion interne, avec un échangeur de là chaleur principale pour le refroidissement du fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement, avec un échangeur de chaleur annexe pour le chauffage d'air de chauffage à fournir à un habitacle de
véhicule, et avec une soupape thermostatique.
Par le DE 195 39 605 Al, on connaît un système d'échangeur de chaleur pour chauffage, qui est raccordé au système de refroidissement d'un moteur à combustion interne et sert au chauffage du véhicule. Du fluide de refroidissement chaud, venant d'un moteur à combustion, est amené par une conduite par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée à une soupape thermostatique, qui soit le retourne indirectement au moteur lorsqu'en étant en fonctionnement normal, en passant par un radiateur de véhicule, soit le retourne directement au moteur par une conduite de court-circuit, lorsque le moteur est en phase de mise en température. Un échangeur de chaleur, qui sert au chauffage d'un circuit de chauffage fermé dans lequel est disposé un chauffage d'habitacle de véhicule, est Èisposé dans la conduite d'amenée allant à la soupape thermostatique. Dans ce circuit de chauffage est disposée une pompe séparée qui, en fonction de la puissance de chauffage nécessaire, entraîne en circulation dans le circuit de chauffage un
fluide de transfert de chaleur.
Par le DE 195 06 935 C1 est connu un circuit de refroidissement pour un moteur à combustion d'un véhicule automobile, qui présente un circuit de chauffage ouvert pour le chauffage d'un corps chauffant prévu pour le chauffage de l'habitacle de véhicule. Ici, une partie du liquide de refroidissement chauffé est directement prélevée au moteur à combustion pour le circuit de chauffage et est
ramenée de nouveau au circuit de refroidissement.
De tels circuits de refroidissement ayant un circuit de chauffage ouvert ou fermé sont d'une construction complexe, qui est en particulier relativement coûteuse,
suite à la nécessité d'avoir une pompe supplémentaire.
Par le EP 0 174 800 Al, ressort un circuit de refroidissement qui fonctionne sans demander de deuxième pompe. Il est décrit dans ce document une soupape thermostatique présentant une première et une deuxième admission, ainsi qu'une première et une deuxième évacuation. La première admission et la deuxième évacuation sont insérées dans un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion, tandis que la deuxième admission et la deuxième évacuation sont reliées à une entrée et à une sortie d'un échangeur de chaleur servant au chauffage d'air à fournir à l'habitacle du véhicule. La soupape thermostatique relie la première entrée à la première sortie et la deuxième entrée à la deuxième sortie, si bien que le fluide de refroidissement est prélevé du circuit de refroidissement et retourné au circuit de refroidissement de nouveau en passant par l'échangeur de chaleur. En fonction de la chute de pression régnant dans le circuit de refroidissement, entre la première entrée et la deuxième sortie, l'organe de réglage monté dans la soupape thermostatique ouvre plus ou moins âne dérivation permettant d'avoir un passage d'écoulement direct de la première entrée à la deuxième sortie, en contournant
1.'échangeur de chaleur.
Dans un tel agencement cependant, le débit volume du fluide de refroidissement dont l'écoulement traverse le moteur à combustion dépend de la position de commutation de la soupape thermostatique. Les modifications de débit, qui peuvent se produire simultanément à une variation de température du fluide de refroidissement dont l'écoulement traverse le moteur, sont cependant indésirables du fait que ceci peut mener à de trop hautes sollicitations en dilatation thermique du moteur à combustion et entraîner le
risque de fissuration.
En outre, la chute de pression entre la première entrée et la deuxième sortie dépend alors de la puissance de la pompe véhiculant le fluide de refroidissement, ainsi que, en règle générale, de la vitesse de rotation, lui étant corrélée, du moteur à combustion interne, si bien que, lorsque la vitesse de rotation augmente, la dérivation s'ouvre plus ou moins et le passage de l'écoulement dans l'échangeur de chaleur est plus au moins bloqué. A partir d'une certaine vitesse de rotation du moteur, ensuite, le passage de l'écoulement dans l'échangeur de chaleur est complètement bloqué, si bien qu'à partir de cette vitesse de rotation, le chauffage de l'habitacle du véhicule ne
fonctionne plus.
La présente invention concerne le problème de la réalisation d'un circuit de refroidissement du type cité au début, de manière à obtenir une construction relativement économique, qui assure, dans l'ensemble des états de fonctionnement du moteur à combustion,un fonctionnement en chauffage par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur
annexe.
Ce problème est résolu, selon l'invention, par un circuit de refroidissement pour un moteur à combustion interne, - avec un échangeur de chaleur principal pour le refroidissement du fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement, - avec un échangeur de chaleur annexe pour le chauffage d'air de chauffage à amener à un habitacle de véhicule, et - avec une soupape thermostatique, o - une entrée de la soupape thermostatique est reliée à une sortie du moteur à combustion, - une première sortie de la soupape thermostatique est reliée à une entrée de l'échangeur de chaleur principal, - une sortie de l'échangeur de chaleur principal est reliée à une entrée du moteur à combustion, - une deuxième sortie de la soupape thermostatique est reliée par une conduite de court-circuit, à l'entrée du moteur à combustion, une entrée de l'échangeur de chaleur annexe est reliée à la deuxième sortie de la soupape thermostatique, et - une sortie de l'échangeur de chaleur annexe est reliée à l'entrée du moteur à combustion, - la soupape thermostatique étant configurée de manière que cette soupape thermostatique, - lorsqu'elle est dans une première position finale (fonctionnement en refroidissement), ouvre complètement la première sortie et étrangle la deuxième sortie, - lorsqu'elle est dans une position intermédiaire (fonctionnement en mélange), ouvre plus ou moins la première et la deuxième sortie, et - lorsqu'elle est dans une deuxième position finale (fonctionnement de mise en température), ferme la première sortie et ouvre complètement la deuxième sortie. L'invention repose sur l'idée générale de contourner, à l'aide d'une dérivation étranglée, le Blocage complet d.'une sortie de soupape associée à l'entrée de. l'échangeur de chaleur annexe. De cette manière, en toute phase de fonctionnement du moteur, du fluide de refroidissement est guidé dans l'échangeur de chaleur annexe afin de permettre un fonctionnement en chauffage. La sortie, étranglée à cette fin, de la soupape thermostatique peut ainsi laisser passer un débit minimal de fluide de refroidissement pour
le fonctionnement du chauffage.
De manière correspondante à une forme de réalisation avantageuse, l'échangeur de chaleur annexe peut être disposé dans une conduite de court-circuit, qui fournit directement de nouveau au moteur à combustion le fluide de refroidissement sortant du moteur à combustion, avec contournement de l'échangeur de chaleur principal, pour une phase de mise en température. La sortie, associée à la conduite de court-circuit, de la soupape thermostatique est de cette manière reliée à l'entrée du moteur à combustion par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur annexe. Une telle forme de construction est particulièrement économique, du fait que l'on peut supprimer des conduites supplémentaires. Selon une autre forme de réalisation, les différents composants du circuit de refroidissement peuvent être dimensionnés et concus les uns en fonction des autres de manière qu'une résistance au passage de l'écoulement, entre une deuxième sortie de la soupape thermostatique et l'entrée du moteur à combustion interne, soit de valeur à peu près identique à la résistance au passage de l'écoulement, entre une première sortie de la soupape thermostatique et l'entrée du moteur à combustion. De cette manière, le débit volume dont l'écoulement traverse le moteur à combustion est indépendant de la position de la soupape thermostatique. Le risque d'endommagement du moteur à combustion, par un saut simultané du débit volume et de la température du fluide de refroidissement, peut ainsi
être réduit.
D'autres caractéristiques importantes et avantages de l'invention résultent du fait que: - la soupape thermostatique contient un organe d'isolement qui, lorsque la soupape thermostatique est à la première position finale, ferme la deuxième sortie, une dérivation qui contourne avec étranglement l'organe d'isolement étant constituée, - la dérivation est réalisée au moyen d'un interstice d'étranglement, entre l'organe d'isolement qui, dans la première position finale est réglé dans un siège, et le siège, ou par au moins une ouverture d'étranglement, en particulier un perçage d'étranglement, qui traverse
l'organe d'isolement ou le siège.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
résultent des dessins et de la description afférente des
figures, faite à l'aide des dessins.
Il est évident que les caractéristiques citées ci-dessus et celles allant encore être explicitées ci-après sont applicables, non seulement dans la combinaison chaque fois indiquée, mais également en d'autres combinaisons ou individuellement sans quitter le cadre de -la présente invention. Des exemples de réalisation préférés de l'invention sont représentés dans les dessins et sont décrits plus en
détail dans la description ci-après.
Dans les dessins, chaque fois schématiquement: la figure 1 est une représentation de principe d'un circuit de refroidissement selon l'invention, la figure 2 est une vue détaillée d'une soupape thermostatique du circuit de refroidissement de la figure 1 correspondant à une partie caractérisée par II sur la figure 1, un organe d'isolement de la soupape thermostatique sur la figure 2a prenant une première position finale, sur la figure 2b une position intermédiaire et sur la figure, 2c une deuxième position finale, la figure 3 est une vue de détail, tel que sur la figure 2a, cependant d'une autre forme de réalisation de la soupape thermostatique, et la figure 4 est une vue de détail tel que sur la figure 2a, cependant d'une autre forme de
réalisation de la soupape thermostatique.
De manière correspondante à la figure 1, un moteur à combustion 1 est muni d'un circuit de refroidissement 2 selon l'invention afin de refroidir le moteur à combustion 1. Une sortie 3 du moteur à combustion 1 est reliée à une entrée 5 d'une soupape thermostatique 6. Une première sortie 7 de cette soupape thermostatique 6 est raccordée, par une conduite d'amenée au radiateur 8, à une
entrée 9 d'un échangeur de chaleur principal 10.
Cet échangeur de chaleur sert au refroidissement d'un fluide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement 2 et est exposé à cette fin à une sollicitation par de l'air de refroidissement, qui est symbolisé ici par une flèche 11. Lorsqu'il s'agit d'un véhicule, cet échangeur de chaleur principal 10 est
usuellement appelé le eradiateur.
Une sortie 12 de l'échangeur de chaleur principal 10 est reliée, par une conduite d'amenée au moteur 13, à une entrée 14 du moteur à combustion interne 1. Ici, une pompe à fluide de refroidissement 15, qui reçoit côté aspiration le fluide de refroidissement venant de la conduite d'amenée au moteur 13 et le véhicule, côté refoulement, à l'entrée 14 du moteur à combustion interne 1, est disposée
directement sur le moteur à combustion interne 1.
Tandis que l'entrée de fluide de refroidissement 14 du moteur à combustion interne 1 se trouve usuellement dans la zone d'un carter de vilebrequin 16, la sortie de fluide de refroidissement 3 du moteur à combustion 1 est réalisée usuellement sur une culasse 17. La pompe à fluide de refroidissement 15 est en règle générale directement entraînée mécaniquement par le moteur 1, si bien que la vitesse de rotation et, ainsi, la puissance de pompage de la pompe à fluide de refroidissement 15 sont proportionnelles à la vitesse de rotation du moteur à
combustion interne 1.
La soupape thermostatique 6 présente en outre une deuxième sortie 18 qui communique, par une conduite de court-circuit 19, avec une conduite d'amenée au moteur 13
et est ainsi reliée à l'entrée 14 du moteur 1.
Parallèlement à la conduite de court-circuit 19 est disposé un échangeur de chaleur annexe 20, dont l'entrée 21 est également reliée à la deuxième sortie 18 de la soupape thermostatique 6, tandis qu'une sortie 22 de l'échangeur de chaleur annexe 20 communique avec la conduite d'amenée au moteur 13 et est ainsi reliée à l' entrée 14 du moteur à
combustion interne 1.
L'échangeur de chaleur annexe 20 et la conduite de court-circuit 19 sont dimensionnés de manière que la résistance au passage de l'écoulement de l'échangeur de chaleur annexe 20 et de la conduite de court-circuit 19 soient de valeur à peu près identique à la résistance au passage d'écoulement de l'échangeur de chaleur
principal 10.
De manière correspondante à une autre forme de réalisation, l'échangeur de chaleur annexe 20 peut être intégré dans la conduite de court-circuit 19, la résistance à l'écoulement de l'échangeur de chaleur annexe 20 et de la conduite de court-circuit 19 pouvant également être de valeur à peu près identique à la résistance à l'écoulement
de l'échangeur de chaleur principal 10.
La conduite de départ moteur 4 est reliée, par une première conduite de désaération 23, à un réservoir d'équilibrage 24 qui compense les effets de dilatation thermique du fluide de refroidissement, ainsi que la manifestation de petites fuites. Une deuxième conduite de désaération 25 relie le réservoir d'équilibrage à la conduite de court-circuit 19 ou à un tronçon de conduite 26, qui relie la deuxième sortie 18 de la soupape thermostatique 6 à l'entrée 22 de l'échangeur de chaleur annexe 20. Une troisième conduite de désaération 27 relie l'échangeur de chaleur principal 10 au réservoir d'équilibrage 24. Les conduites de désaération 23, 25, 27 débouchent d'une part des étranglements 28 dans le réservoir d'équilibrage 24. Au fond du réservoir d'équilibrage 24 est raccordée une conduite de remplissage 29 qui communique avec la conduite d'amenée au moteur 13 et veille à ce qu'il y ait toujours suffisamment de fluide de refroidissement dans le circuit de
refroidissement 2.
L'échangeur de chaleur annexe 20 sert à chauffer un flux d'air symbolisé par une flèche 31, devant être amené à un habitacle de véhicule, si bien que l'échangeur de chaleur annexe 20 peut également être appelé "corps chauffant". La soupape thermostatique 6 contient un organe d'isolement 30 qui coopère avec les sorties 7 et 18 de la soupape thermostatique 6 et qui ferme et ouvre plus ou moins une première sortie 7 ou l'autre sortie 18, en
fonction de la température du fluide de refroidissement.
Sur les figures 2a à 2c sont illustrées différentes positions de commutation de l'organe d'isolement 30. La figure 2a représente alors une première position finale de l'organe d'isolement 30, dans laquelle la première sortie 7 est complètement ouverte et la deuxième sortie 18 est étranglée. Le flux principal de fluide de refroidissement est par conséquent amené par la première sortie 7 à l'échangeur de chaleur principal 10, si bien qu'une puissance de refroidissement maximale est obtenue pour le refroidissement du moteur à combustion interne 1. Cette position finale de l'organe d'isolement 30 sert ainsi à avoir un fonctionnement en refroidissement du circuit de
refroidissement 2.
Pour réaliser l'étranglement de la deuxième sortie 18, on réalise de manière correspondante à l1 figure 2a, par exemple à l'aide de moyens de butée 32, une dérivation 33 au moyen de laquelle le fluide de refroidissement, pénétrant par l'entrée 5 dans un corps 34 de la soupape thermostatique 6, peut s'échapper par la deuxième sortie 18, en contournant l'organe d'isolement 30. Cet échappement étranglé de l'écoulement est symbolisé sur la
figure 2a par une flèche 35 représentée en pointillée.
Egalement lorsqu'on est en fonctionnement en refroidissement avec le refroidissement maximal de la part du fluide de refroidissement passant dans le radiateur principal 10, on peut obtenir un fonctionnement en chauffage par le corps de chauffage 20, en utilisant cette dérivation 33. Une fermeture complète de la deuxième sortie 18 est impossible à réaliser dans le circuit de refroidissement 2 selon l'invention, par la soupape
thermostatique 6 réalisée de manière correspondante.
Lorsque l'on est en une position intermédiaire tel que représenté sur la figure 2b, est réalisé un fonctionnement en mélange du circuit de refroidissement 2 pour lequel les deux sorties 7 et 18 sont plus ou moins ouvertes. La répartition, sur les deux sorties 7 et 18, du fluide de refroidissement amené par l'entrée 5 dépend alors de la position relative de l'organe d'isolement 30 à l'intérieur de la soupape thermostatique 6, qui, de son côté, dépend de façon générale de la température qui règne dans le fluide de refroidissement. Cet organe d'isolement 30 peut alors être un élément réalisé de manière classique, travaillant de façon thermique-mécanique. Il est de même possible d'envisager un mode de réalisation utilisant un élément à
entraînement électrique.
La figure 2c représente une deuxième position finale de l'organe d'isolement 30, dans laquelle cet organe d'isolement 30 ferme complètement la première sortie 7, si bien que l'ensemble du flux de fluide de refroidissement est évacué en passant par la deuxième sortie 18. Cette deuxième position finale correspond de ce fait à un fonctionnement de mise en température du circuit de refroidissement 2, respectivement du moteàr à combustion
interne 1.
Pendant le fonctionnement de mise en température, l'échangeur de chaleur principal 10 est contourné, si bien que, d'une part, il y a circulation d'une quantité réduite de fluide de refroidissement et que, d'autre part, du fait de l'absence d'effet de refroidissement fourni par le radiateur principal 10, on obtient un chauffage rapide du fluide de refroidissement mis en circulation, ainsi que du moteur à combustion interne 1. Lors de l'atteinte d'une valeur de seuil de température déterminée, il y a ouverture de la soupape thermostatique 6, petit à petit, si bien que, de manière correspondante, il y a mise en circulation de plus de fluide de refroidissement et qu'on obtient un effet de refroidissement correspondant, du fait du passage d'un écoulement dans l'échangeur de chaleur principal 10. Le circuit de refroidissement 20 travaille alors en fonctionnement en mélange. S'il est nécessaire d'avoir la puissance de refroidissement maximale, le circuit de refroidissement travaille en fonctionnement en refroidissement, dans lequel le débit d'évacuation passant par la deuxième sortie 18 est étranglé pour être de valeur minimale, ce passage étranglé d'un écoulement dans l'échangeur de chaleur annexe 20 suffisant pour, le cas
échéant, faire fonctionner un chauffage de véhicule.
Du fait des résistances à l'écoulement sélectionnées pour les différents tronçons de conduite et les composants du circuit de refroidissement 2, la résistance à l'écoulement et, ainsi, le débit traversant le moteur à combustion interne 1 restent indépendants de la position respective de l'organe d'isolement 30 dans la soupape thermostatique 6, du fait que, tant la sortie 22 de l'échangeur de chaleur annexe 20, qu'également la conduite de court-circuit 19, ainsi que la sortie 12 de l'échangeur de chaleur principal 10, débouchent dans la conduite d'amenée au moteur 13. Grâce à cette construction, on obtient une sollicitation minimale des composants, faisant qu'en particulier la durée de vie du moteIur à combustion
interne 1 est prolongée.
De manière correspondante à la figure 3, la dérivation 33 peut être réalisée de manière que l'organe d'isolement 30 présente un disque d'étanchéité 36 qui coopère avec la deuxième sortie 18, le disque venant en appui sur un siège de soupape 37 lorsque l'on est dans la première position finale, tel que représenté sur la figure 3. Ce siège de soupape 37 est alors constitué par une tubulure 38 pénétrant dans le corps 34 de la soupape thermostatique 6, tubulure contenant des ouvertures radiales 39 qui constituent la dérivation 33. En variante ou en plus de cela, la dérivation 33 peut également être constituée par des ouvertures axiales 40 ménagées dans le
disque d'étanchéité 36 de l'organe d'isolement 30.
De manière correspondante à la figure 4, la dérivation 33 peut également être constituée par un interstice d'étranglement 41 qui se constitue, dans la première position finale de l'organe d'isolement 30, entre cet organe d'isolement 30 et le siège de soupape 37 coopérant avec lui. De manière correspondant à une première forme de réalisation préférée, l'organe d'isolement 30 peut, à cette fin, présenter un corps d'étanchéité 42 à forme conique ou à forme tronconique. La configuration de l'interstice d'étranglement 41, qui présente sur la figure 4 une forme annulaire, peut, par exemple, de nouveau être réalisée à l'aide de moyens de butée 32, avec lesquels l'organe d'isolement 30 coopère lors de la l'atteinte de sa position finale, associée au fonctionnement en refroidissement.
Claims (5)
1. Circuit de refroidissement pour un moteur à combustion interne (1), avec un échangeur de chaleur principal (10) pour le refroidissement du fluide de refroidissement circulant
dans le circuit de refroidissement (2), -
- avec un échangeur de chaleur annexe (20) pour le chauffage d'air de chauffage à amener à un habitacle de véhicule, et - avec une soupape thermostatique (6), o - une entrée (5) de la soupape thermostatique (6) est reliée à une sortie (3) du moteur à combustion (1), - une première sortie (7) de la soupape thermostatique (6) est reliée à une entrée (9) de l'échangeur de chaleur principal (10), - une sortie (12) de l'échangeur de chaleur principal (10) est reliée à une entrée (14) du moteur à combustion (1), - une deuxième sortie (18) de la soupape thermostatique (6) est reliée par une conduite de * court-circuit (19), à l'entrée (14) du moteur à combustion (1), - une entrée (21) de l'échangeur de chaleur annexe (20) est reliée à la deuxième sortie (18) de la soupape thermostatique (6), et - une sortie (22) de l'échangeur de chaleur annexe (20) est reliée à l'entrée (14) du moteur à combustion (1), - la soupape thermostatique (6) étant configurée de manière que cette soupape thermostatique (6), lorsqu'elle est dans une première position finale (fonctionnement en refroidissement), ouvre complètement la première sortie (7) et étrangle la deuxième sortie (18), - lorsqu'elle est dans une position intermédiaire (fonctionnement en mélange), ouvre plus ou moins la première (7) et la deuxième sortie (18), et - lorsqu'elle est dans une deuxième position finale (fonctionnement de mise en température), ferme la première sortie (7) et ouvre complètement la deuxième
sortie (18).
2. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur annexe (20) est disposé dans la conduite de court-circuit (19), de manière que la deuxième sortie (18) de la soupape thermostatique (6) soit reliée, par l'échangeur de chaleur annexe (20), à l'entrée (14) du
moteur à combustion (1).
3. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les composants (8, 10, 19, 20) du circuit de refroidissement (2) sont dimensionnés et adaptés en fonction les uns des autres de manière que la résistance au passage de l'écoulement, entre la deuxième sortie (18) de la soupape thermostatique (6) et l'entrée (14) du moteur à combustion interne (1), soit de valeur à peu près égale à la résistance au passage de l'écoulement, entre la première sortie (7) de la soupape thermostatique (6) et
l'entrée (14) du moteur à combustion interne (1).
4. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque
des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la soupape
thermostatique (6) contient un organe d'isolement (30) qui, lorsque la soupape thermostatique (6) est à la première position finale, ferme la deuxième sortie (18), une dérivation (33) qui contourne avec étranglement l'organe
d'isolement (30) étant constituée.
5. Circuit de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la dérivation (33) est réalisée au moyen d'un interstice d'étranglement (41), entre l'organe d'isolement (30) qui, dans la première position finale est réglé dans un siège (37), et le siège (37), ou par au moins une ouverture d'étranglement (40, 39), en particulier un perçage d'étranglement, qui traverse l'organe d'isolement (30) ou le siège (37).5
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