FR2846368A1 - COOLING SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE THERMAL MOTOR COMPRISING A LIQUID / LIQUID EXCHANGER - Google Patents
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Abstract
Description
Système de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobileCooling system of a motor vehicle engine
comprenant un échangeur liquide/liquide comprising a liquid / liquid exchanger
L'invention concerne un système de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un moteur thermique refroidi par une circulation d'un fluide de refroidissement et un radiateur de refroidissement refroidi par 10 une circulation d'air atmosphérique extérieur. The invention relates to a cooling system of a motor vehicle engine, comprising a heat engine cooled by a circulation of a cooling fluid and a cooling radiator cooled by an external atmospheric air flow.
Les moteurs thermiques de véhicules automobiles sont refroidis habituellement au moyen d'un radiateur de refroidissement placé à l'avant du véhicule et refroidi par un flux d'air frais qui 15 le traverse. Un circuit de refroidissement permet de faire circuler un fluide caloporteur entre le moteur thermique et le Motor vehicle engines are usually cooled by means of a cooling radiator placed at the front of the vehicle and cooled by a flow of fresh air therethrough. A cooling circuit circulates a coolant between the engine and the engine.
radiateur de refroidissement pour refroidir le moteur. cooling radiator to cool the engine.
En outre, les véhicules automobiles comportent de nombreux 20 équipements qui échangent de l'énergie thermique avec leur environnement extérieur. Ces équipements sont, par exemple, le condenseur du circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile, un radiateur d'air de suralimentation, un radiateur de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la 25 boîte de vitesses, ou encore un radiateur de refroidissement du carburant. Dans les véhicules fabriqués actuellement, on prévoit un circuit de fluide spécial pour chaque équipement à refroidir ou 30 à réchauffer. Par exemple, le circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile comporte un échangeur de chaleur, constituant un condenseur, disposé à l'avant du véhicule, devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique. Un fluide frigorigène particulier, distinct du 35 fluide caloporteur du moteur thermique, parcourt le circuit de climatisation. Des conduites spéciales sont nécessaires pour relier le condenseur à l'évaporateur qui est situé dans le boîtier de l'appareil de climatisation et de chauffage de In addition, motor vehicles have many equipment that exchange heat energy with their outside environment. This equipment is, for example, the condenser of the air conditioning circuit of the passenger compartment of the motor vehicle, a charge air radiator, a radiator for cooling the engine oil and / or the gearbox, or still a radiator for cooling the fuel. In vehicles currently manufactured, a special fluid circuit is provided for each equipment to be cooled or heated. For example, the air conditioning circuit of the passenger compartment of the motor vehicle comprises a heat exchanger, constituting a condenser, disposed at the front of the vehicle, in front of the cooling radiator of the engine. A particular refrigerant, separate from the heat transfer fluid of the engine, flows through the air conditioning circuit. Special ducts are required to connect the condenser to the evaporator which is located in the housing of the air-conditioning and heating unit.
l'habitacle du véhicule.the passenger compartment of the vehicle.
De même, si le véhicule est équipé d'un refroidisseur d'air de 5 suralimentation, le refroidissement de l'air est effectué dans un échangeur air-air qui est disposé à l'avant du véhicule et Likewise, if the vehicle is equipped with a supercharging air cooler, the cooling of the air is carried out in an air-air heat exchanger which is arranged at the front of the vehicle and
-qui est refroidi par une circulation d'air atmosphérique. -which is cooled by a circulation of atmospheric air.
Cette conception se traduit par la présence d'un grand nombre 10 d'échangeurs distincts en face avant du véhicule. Ces échangeurs occupent un espace important. En outre, les canalisations de raccordement augmentent encore le cot et l'encombrement de ces systèmes. De plus, chaque échangeur est dimensionné de manière à assurer un refroidissement suffisant 15 pour son propre point critique qui ne correspond pas nécessairement aux conditions de fonctionnement critique des This design results in the presence of a large number of separate exchangers on the front of the vehicle. These exchangers occupy an important space. In addition, the connecting pipes further increase the cost and bulk of these systems. In addition, each exchanger is dimensioned so as to provide sufficient cooling for its own critical point which does not necessarily correspond to the critical operating conditions of the devices.
autres échangeurs.other exchangers.
Par exemple, le condenseur du circuit de climatisation et le 20 radiateur d'air de suralimentation ne fonctionnent pas à plein régime nécessairement aux mêmes instants. De ce fait, les échangeurs se pénalisent les uns les autres en diminuant le débit ou la vitesse de l'air disponible pour les autres radiateurs. Par exemple, le condenseur du circuit de 25 climatisation, placé devant le radiateur de refroidissement du moteur, ralentit le débit de l'air, y compris lorsque le For example, the air conditioning condenser and the charge air cooler do not operate at full speed necessarily at the same times. As a result, the exchangers penalize each other by decreasing the flow rate or the air velocity available for the other radiators. For example, the air conditioning circuit condenser, placed in front of the engine cooling radiator, slows down the air flow, even when the
circuit de climatisation n'est pas en fonctionnement. air conditioning system is not in operation.
La présente invention a pour objet un système de 30 refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile The present invention relates to a cooling system of a motor vehicle engine engine
qui remédie à ces inconvénients.who remedies these disadvantages.
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le moteur thermique fait partie d'une boucle primaire et 35 que le radiateur de refroidissement fait partie d'une boucle secondaire, le même fluide de refroidissement circulant dans ces deux boucles, la boucle primaire et la boucle secondaire étant en relation d'échange thermique l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un échangeur intermédiaire traversé à la fois par le fluide de la boucle primaire et par le fluide de la boucle secondaire. Grâce à cette caractéristique, le système de refroidissement utilise un échangeur de refroidissement unique échangeant avec l'air atmosphérique. En conséquence, ce radiateur peut être 10 dimensionné largement et il n'est pas pénalisé par la présence devant ou derrière lui d'un certain nombre de radiateurs secondaires de plus petite dimension, comme le condenseur du circuit de climatisation, le radiateur d'air de suralimentation, le radiateur d'huile, etc. 15 Les équipements du véhicule qui doivent être refroidis ne sont pas refroidis, comme dans l'art antérieur, au moyen d'échangeurs particuliers échangeant directement de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, mais par un échangeur 20 raccordé à la boucle secondaire et refroidi par la circulation These objects are achieved according to the invention by the fact that the heat engine is part of a primary loop and the cooling radiator is part of a secondary loop, the same cooling fluid flowing in these two loops. , the primary loop and the secondary loop being in heat exchange relation with each other via an intermediate exchanger through which both the fluid of the primary loop and the fluid of the secondary loop . With this feature, the cooling system uses a unique cooling exchanger that exchanges with atmospheric air. Consequently, this radiator can be dimensioned widely and it is not penalized by the presence in front of or behind it of a number of smaller secondary radiators, such as the condenser of the air conditioning circuit, the air radiator supercharger, oil cooler, etc. The equipment of the vehicle to be cooled is not cooled, as in the prior art, by means of special exchangers exchanging heat directly with the outside atmospheric air, but by an exchanger 20 connected to the secondary loop and cooled by traffic
du fluide de refroidissement.coolant.
Des caractéristiques complémentaires et/ou alternatives de l'invention sont énumérées ci-après 25 - le système de refroidissement comporte une branche d'aérotherme montée en parallèle entre la sortie du fluide de refroidissement et l'entrée du fluide de refroidissement dans le moteur thermique; - un échangeur de refroidissement des gaz d'échappement est monté sur la branche d'aérotherme; - le système de refroidissement comporte une branche de radiateur à huile sur laquelle est monté un radiateur de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de 35 vitesses; - le système de refroidissement comporte un radiateur à huile de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesses intégré au radiateur intermédiaire; - la boucle primaire et la boucle secondaire possèdent chacune une branche de vase d'expansion reliée à un vase d'expansion commun; - la boucle secondaire comporte un radiateur d'air de suralimentation; - la boucle secondaire comporte un condenseur faisant partie d'un circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule; 10 - il comporte une vanne de distribution à quatre voies, la vanne comportant une voie de sortie reliée au condenseur, une voie de sortie reliée au radiateur d'air de suralimentation et une voie reliée à une canalisation de court-circuit; - il comporte un boîtier thermostatique intégré à l'échangeur intermédiaire. Complementary and / or alternative features of the invention are listed below. The cooling system comprises a heater branch connected in parallel between the outlet of the cooling fluid and the inlet of the cooling fluid in the engine. ; an exhaust gas cooling exchanger is mounted on the heater branch; the cooling system comprises an oil radiator branch on which is mounted a radiator for cooling the engine oil and / or the gearbox; the cooling system comprises a radiator for oil cooling the engine oil and / or the gearbox integrated in the intermediate radiator; - The primary loop and the secondary loop each have an expansion tank branch connected to a common expansion tank; the secondary loop comprises a charge air radiator; the secondary loop comprises a condenser forming part of an air conditioning circuit of the passenger compartment of the vehicle; It comprises a four-way distribution valve, the valve comprising an outlet channel connected to the condenser, an outlet channel connected to the charge air radiator and a channel connected to a short-circuiting duct; - It comprises a thermostatic housing integrated in the intermediate heat exchanger.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit 20 d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the description which follows of exemplary embodiments given for illustrative purposes.
référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la Figure 1 illustre une première variante de réalisation d'un système de refroidissement conforme à la 25 présente invention; et reference to the appended figures. In these figures: - Figure 1 illustrates a first embodiment of a cooling system according to the present invention; and
- la Figure 2 illustre une seconde variante d'un système de refroidissement conforme à l'invention. - Figure 2 illustrates a second variant of a cooling system according to the invention.
On a représenté sur la Figure 1 une vue d'ensemble d'un système 30 de refroidissement d'un moteur thermique 10 de véhicule conforme à l'invention. Ce système de refroidissement est constitué d'une boucle primaire désignée par la référence générale 2 et d'une boucle secondaire désignée par la référence générale 4. La boucle primaire inclut le moteur thermique 10 du 35 véhicule et une pompe à eau 12, généralement une pompe mécanique, qui fait circuler un fluide de refroidissement à travers le bloc du moteur afin d'évacuer les calories excédentaires. En sortie de moteur, on trouve un boîtier FIG. 1 shows an overall view of a cooling system 30 of a vehicle engine 10 according to the invention. This cooling system consists of a primary loop designated by the general reference 2 and a secondary loop designated by the general reference 4. The primary loop includes the engine 10 of the vehicle and a water pump 12, generally a mechanical pump, which circulates a coolant through the engine block to remove excess calories. At the motor output, there is a housing
thermostatique 14.thermostatic 14.
La boucle secondaire 4 comprend un radiateur de refroidissement 18 traversé par un flux d'air extérieur et situé à l'avant du véhicule. La boucle secondaire comprend, en outre, un certain nombre d'échangeurs destinés à refroidir, éventuellement à réchauffer, divers équipements du véhicule automobile. Dans 10 l'exemple représenté, le système de refroidissement comprend un radiateur d'air de suralimentation 22 et un condenseur 24. Le radiateur d'air de suralimentation 22 est destiné à refroidir l'air préalablement à son admission dans les chambres de combustion du moteur. Le condenseur 24 fait partie du circuit 15 de climatisation de l'habitacle du véhicule. Une pompe à eau , généralement une pompe électrique, met en circulation le fluide de refroidissement dans la boucle secondaire 4. Le même fluide circule dans la boucle primaire 2 et la boucle The secondary loop 4 comprises a cooling radiator 18 traversed by an outside air flow and located at the front of the vehicle. The secondary loop further comprises a number of exchangers for cooling, possibly heating, various equipment of the motor vehicle. In the example shown, the cooling system comprises a charge air radiator 22 and a condenser 24. The charge air radiator 22 is intended to cool the air prior to its admission into the combustion chambers of the engine. engine. The condenser 24 is part of the air conditioning circuit 15 of the passenger compartment of the vehicle. A water pump, generally an electric pump, circulates the cooling fluid in the secondary loop 4. The same fluid flows in the primary loop 2 and the loop
secondaire 4.secondary 4.
La boucle primaire et la boucle secondaire sont en relation d'échange thermique l'une avec l'autre par un échangeur de chaleur intermédiaire 26 disposé entre elles. Le fluide de refroidissement du moteur, après avoir traversé le boîtier 25 thermostatique 14, est acheminé par une canalisation 30 jusqu'à l'échangeur intermédiaire 26. Il ressort de l'échangeur par une canalisation 32 qui le ramène à la pompe 12 et au bloc moteur 10. De la même manière, le fluide de refroidissement qui sort du refroidisseur d'air de suralimentation 22 et du condenseur 24 est conduit par une canalisation 34 dans l'échangeur intermédiaire 26. Dans cet échangeur, le fluide de refroidissement refroidit le fluide de refroidissement de la 35 boucle primaire. Ensuite, le fluide de refroidissement de la boucle secondaire quitte l'échangeur intermédiaire par une canalisation 36 qui le ramène à la pompe à eau 20, puis, par une canalisation 38, au radiateur de refroidissement 18 dans The primary loop and the secondary loop are in heat exchange relationship with each other by an intermediate heat exchanger 26 disposed between them. The engine cooling fluid, after having passed through the thermostatic housing 14, is conveyed via a pipe 30 to the intermediate heat exchanger 26. It emerges from the heat exchanger via a pipe 32 which returns it to the pump 12 and to the In the same way, the cooling fluid leaving the charge air cooler 22 and the condenser 24 is led through a pipe 34 into the intermediate heat exchanger 26. In this exchanger, the cooling fluid cools the coolant. cooling fluid of the primary loop. Then, the cooling fluid of the secondary loop leaves the intermediate exchanger via a pipe 36 which brings it back to the water pump 20, then, via a pipe 38, to the cooling radiator 18 in
lequel il est à nouveau refroidi.which it is cooled again.
Ainsi, le moteur 10 n'est pas refroidi directement par échange de chaleur avec l'air atmosphérique ambiant, comme cela se fait habituellement, mais par un échange de chaleur liquide/liquide dans l'échangeur intermédiaire 26. On constate, en outre, que le radiateur de refroidissement 18 est l'unique radiateur du 10 système de refroidissement de l'invention. Les échangeurs 22 et 24 sont respectivement des échangeurs air-eau et fréoneau qui sont refroidis par le fluide de refroidissement qui circule Thus, the motor 10 is not cooled directly by heat exchange with the ambient atmospheric air, as is usually done, but by a liquid / liquid heat exchange in the intermediate exchanger 26. that the cooling radiator 18 is the sole radiator of the cooling system of the invention. The exchangers 22 and 24 are respectively air-water and freoneau exchangers which are cooled by the circulating cooling fluid.
dans la boucle secondaire.in the secondary loop.
Ainsi, le radiateur 18 sert à la fois au refroidissement du Thus, the radiator 18 serves both the cooling of the
bloc moteur 10, du radiateur d'air de suralimentation 22 et du condenseur 24. On réduit ainsi fortement le nombre d'échangeurs en face avant du véhicule par rapport aux systèmes actuellement connus. Le système gagne en simplicité et son encombrement en 20 face avant est diminué. engine block 10, the charge air cooler 22 and the condenser 24. This greatly reduces the number of exchangers on the front of the vehicle compared to currently known systems. The system gains in simplicity and its size in the front face is decreased.
Avantageusement, le système de refroidissement de l'invention comporte une canalisation d'aérotherme 40 sur laquelle est monté un aérotherme 42 utilisé pour le chauffage de l'habitacle 25 du véhicule. La canalisation 40 est montée parallèlement au bloc moteur. Lorsque le chauffage de l'habitacle est souhaité, par exemple par basse température extérieure, le boîtier thermostatique 14 fait circuler une fraction du fluide de refroidissement sortant du bloc moteur 10 par la canalisation 30 d'aérotherme 40. En outre, un radiateur 44 de refroidissement des gaz d'échappement peut être avantageusement monté sur la Advantageously, the cooling system of the invention comprises a duct heater 40 on which is mounted a heater 42 used for heating the passenger compartment 25 of the vehicle. The pipe 40 is mounted parallel to the engine block. When the heating of the cabin is desired, for example by low outside temperature, the thermostatic housing 14 circulates a fraction of the cooling fluid leaving the engine block 10 through the pipe 30 of the heater 40. In addition, a radiator 44 of exhaust cooling can be advantageously mounted on the
canalisation d'aérotherme 40.duct heater 40.
Le système de l'invention représenté sur la Figure 1 comporte, 35 en outre, une canalisation 46 de radiateur à huile sur laquelle est monté un radiateur à huile 48. La canalisation 46 est raccordée au boîtier thermostatique 14. Le radiateur à huile est utilisé pour refroidir l'huile de la boîte de vitesses ou celle du moteur, voire les deux. En variante de réalisation, le radiateur à huile 48 peut être intégré à l'échangeur 5 intermédiaire 26. Dans ce cas, la canalisation 46 de radiateur The system of the invention shown in FIG. 1 further comprises an oil radiator pipe 46 on which an oil radiator 48 is mounted. The pipe 46 is connected to the thermostatic housing 14. The oil radiator is used to cool the gearbox or engine oil, or both. In an alternative embodiment, the oil radiator 48 may be integrated with the intermediate heat exchanger 26. In this case, the radiator pipe 46
à huile est supprimée. L'échangeur 26 est alors un échangeur multifluides et multi-températures. De la même manière, il est possible de déplacer le système de régulation thermique, en d'autres termes le boîtier thermostatique 14, sur l'échangeur 10 intermédiaire 26. oil is removed. The exchanger 26 is then a multifluid and multi-temperature exchanger. In the same way, it is possible to move the thermal control system, in other words the thermostatic housing 14, on the intermediate exchanger 26.
Enfin, le système de refroidissement comporte une canalisation de dérivation 52 raccordée au boîtier thermostatique 14 et qui transite par un vase d'expansion 54. Après avoir traversé le 15 vase d'expansion, le fluide de refroidissement retourne vers la pompe à eau 12 sans avoir été refroidi. Cette canalisation de dérivation ou de court-circuit, encore appelée bipasse ("bypass"), est utilisée à basse température pour favoriser la montée en température du moteur. La boucle secondaire 4 20 comporte également une canalisation 56 raccordée à l'entrée du radiateur 18 et à la sortie de l'échangeur intermédiaire 26, qui transite par le vase d'expansion 54, qui est ainsi un vase d'expansion commun à la boucle primaire 2 et à la boucle secondaire 4. Ainsi, les deux boucles ne sont pas isolées l'une 25 de l'autre et peuvent communiquer entre elles par Finally, the cooling system comprises a bypass line 52 connected to the thermostatic housing 14 and which passes through an expansion tank 54. After passing through the expansion tank, the cooling fluid returns to the water pump 12 without have been cooled. This bypass or short circuit, also called bypass, is used at low temperatures to promote the temperature rise of the engine. The secondary loop 4 also includes a pipe 56 connected to the inlet of the radiator 18 and to the outlet of the intermediate heat exchanger 26, which passes through the expansion vessel 54, which is thus an expansion vessel common to the primary loop 2 and the secondary loop 4. Thus, the two loops are not isolated one from the other and can communicate with each other by
l'intermédiaire du vase d'expansion 54. through the expansion vessel 54.
On a représenté sur la Figure 2 une variante de réalisation du système de refroidissement de la Figure 1. Sur la Figure 2, les 30 mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments de la boucle primaire 2 et de la boucle secondaire 4. Le système de refroidissement de la Figure 2 se distingue par le fait qu'il comporte une vanne de distribution à quatre voies 60 située en FIG. 2 shows an alternative embodiment of the cooling system of FIG. 1. In FIG. 2, the same reference numerals denote the same elements of the primary loop 2 and the secondary loop 4. The system of FIG. Figure 2 is distinguished by the fact that it has a four-way distribution valve 60 located in
sortie de radiateur 18.radiator output 18.
La vanne de distribution 60 comporte une voie d'entrée par laquelle le fluide de refroidissement froid sortant du radiateur 18 pénètre, et trois sorties désignées respectivement par les références 60-1, 60-2 et 60-3. La voie 60-1 est reliée au condenseur 24, la voie 60-2 est reliée au radiateur d'air de 5 suralimentation 22 et la voie 60-3 est reliée à une canalisation de court-circuit 62 qui ne figure pas sur le The dispensing valve 60 comprises an inlet channel through which the cold cooling fluid leaving the radiator 18 enters, and three outlets designated respectively by the references 60-1, 60-2 and 60-3. Channel 60-1 is connected to condenser 24, track 60-2 is connected to the supercharger air radiator 22 and track 60-3 is connected to a short circuit line 62 which is not on the
système de la Figure 1.system of Figure 1.
La canalisation de court-circuit 62 permet au fluide de 10 refroidissement de la boucle secondaire d'éviter les échangeurs 22 et 24 lorsque cela n'est pas nécessaire. Par exemple, à faible puissance du moteur, il n'est pas nécessaire de refroidir l'air admis dans les chambres du moteur. Egalement, lorsque la température extérieure est basse, le système de 15 climatisation de l'habitacle n'est pas utilisé. Ainsi, la totalité de la capacité de refroidissement du radiateur 18 est disponible pour d'autres fonctions, notamment pour le Short-circuit conduit 62 allows cooling fluid of the secondary loop to avoid heat exchangers 22 and 24 when this is not necessary. For example, at low engine power, it is not necessary to cool the air admitted to the engine chambers. Also, when the outside temperature is low, the air-conditioning system of the passenger compartment is not used. Thus, the entire cooling capacity of the radiator 18 is available for other functions, in particular for the
refroidissement du moteur 10 du véhicule. cooling the engine 10 of the vehicle.
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