FR2905407A1

FR2905407A1 - Dispositif de distribution de liquide de refroidissement dans un moteur de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2905407A1
Application number: FR0653583A
Authority: FR
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-07
Also published as: WO2008029029A1

Abstract

Dispositif de distribution d'un fluide caloporteur constitué d'une jonction comportant une entrée principale, une entrée auxiliaire dont l'ouverture est contrôlée par une vanne d'entrée Th2, une sortie principale et une sortie auxiliaire dont l'ouverture est contrôlée par une vanne de sortie Th1 pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur circulant dans la jonction atteint une première température de seuil Ts1 et d'un raccord débouchant sur l'entrée auxiliaire de la jonction, la vanne d'entrée étant pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur présent dans le raccord atteint une seconde température de seuil Ts2 différente de la première température de seuil Ts1, Le dispositif de distribution comporte en outre des moyens pour établir un faible débit de circulation du fluide caloporteur entre la jonction et le raccord, lorsque la vanne de sortie est en position ouverte et la vanne d'entrée en position fermée.L'invention concerne également un système à double refroidissement pour moteur à combustion thermique.

Description

DISPOSITIF DE DISTRIBUTION DE LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT DANS UN MOTEUR DE

VEHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention concerne un dispositif de distribution de liquide de refroidissement sortant d'un moteur de véhicule automobile et un système de refroidissement d'un moteur comportant un tel dispositif. Plus précisément, l'invention concerne les dispositifs de distribution pour les systèmes dits à double refroidissement, notamment ceux permettant un refroidissement séparé du carter et de la culasse du moteur. [0002] Un moteur à combustion interne comporte habituellement un carter fermé par une culasse. Pour le bon fonctionnement du moteur, ces éléments doivent être refroidis. Pour ce faire, le moteur est muni d'un circuit de refroidissement dans lequel un fluide caloporteur est mis en circulation au moyen d'une pompe et qui, à son tour, est refroidi en traversant un radiateur. [0003] Pour autant, la température de fonctionnement d'un moteur est normalement bien supérieure à la température extérieure, en particulier par temps froid. Tout démarrage s'accompagne donc d'une phase de préchauffage pendant laquelle les performances ne sont pas optimales, en particulier pendant laquelle les émissions de polluants (hydrocarbures imbrûlés) sont en quantité beaucoup plus importantes qu'en régime nominal. [0004] Pour réduire ce temps de préchauffage, il est connu des systèmes dits à double refroidissement, souvent connus sous le terme anglo-saxon de split-cooling, dans lesquels le fluide caloporteur circule de façon indépendante dans la culasse et dans le carter, la circulation dans le carter n'étant établie qu'une fois la phase de préchauffage achevée. [0005] Tel est en particulier le cas selon la publication de brevet GB 2,245,703 qui décrit un dispositif de distribution d'un fluide de refroidissement pour un système à double refroidissement comportant en aval de la chambre de refroidissement de la culasse un thermostat principal et en aval de la chambre de refroidissement du carter 2905407 2 un thermostat auxiliaire. En dessous d'une première température de seuil, le fluide de refroidissement circule uniquement dans la culasse et le thermostat principal coupe la circulation dans la branche du circuit traversant le radiateur, de sorte que le fluide de refroidissement n'est pas refroidi. 5 [0006i Au-delà d'une seconde température de seuil, supérieure à la première, le thermostat auxiliaire autorise de plus la circulation du fluide de refroidissement dans le carter moteur. [0007] Un tel dispositif permet de minimiser le temps de chauffe du moteur en accélérant la montée en température de fluide de refroidissement au démarrage du io véhicule. Toutefois, tant que le débit est nul dans le carter, il existe un risque que la température du fluide au niveau du thermostat auxiliaire ne soit pas représentative de la température du fluide dans le carter, d'où un risque de surchauffe du moteur. [0008] Aussi le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est d'optimiser la conception d'un circuit de distribution de liquide dans un système à is double refroidissement pour l'obtention de temps de chauffe réduit ù et ainsi de bénéficier des avantages afférents notamment de la réduction des émissions d'hydrocarbures tout en évitant tout risque de surchauffe moteur. [0009] La solution au problème technique posé consiste selon la présente invention dans l'utilisation d'un système de distribution essentiellement constitué par une 20 jonction comportant une entrée principale, une entrée auxiliaire dont l'ouverture est contrôlée par une vanne d'entrée Th2, une sortie principale et une sortie auxiliaire dont l'ouverture est contrôlée par une vanne de sortie Th1 pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur circulant dans la jonction atteint une première température de seuil Ts1, et par un raccord débouchant sur l'entrée 25 auxiliaire de la jonction, la vanne d'entrée Th2 étant pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur présent dans le raccord atteint une seconde température de seuil Ts2 différente de la première température de seuil Ts1. Selon l'invention, le système de distribution comporte de plus des moyens pour créer un débit de fuite du fluide caloporteur entre la jonction et le raccord, lorsque la vanne de sortie est en position ouverte et la vanne d'entrée en position fermée, ou en 2905407 3 d'autres termes, lorsque la température du fluide caloporteur est comprise entre les deux températures de seuil. A noter que les termes de vanne d'entrée et de vanne de sortie font référence aux sens de circulation du fluide caloporteur, et en se plaçant au centre de la jonction, mais il va de soi que le fluide sort du raccord par la vanne 5 d'entrée Th2. [0010] Appliquée à un dispositif de double refroidissement d'un moteur à combustion thermique, la jonction étant alors située en aval de la chambre de refroidissement de la culasse et le raccord en aval de la chambre de refroidissement du carter, l'invention permet l'obtention d'une montée en température rapide du fluide 10 caloporteur car toute circulation dans la chambre de refroidissement carter est bloquée tant que la vanne d'entrée Th2 est fermée, donc pendant toute la phase initiale de préchauffage (T < Ts1). Par ailleurs tout risque de surchauffe est évité car l'établissement d'un faible débit de circulation pour les températures intermédiaires est suffisant pour garantir que la température en aval de la chambre de 15 refroidissement du carter soit bien représentative de la température dans cette chambre. [0011] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 20 [0012] La figure 1 est un schéma d'un système de refroidissement d'un moteur selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention. Les figures 1A, 1B et 1C illustrent les flux de circulation du fluide de refroidissement selon différentes températures du moteur ; [0013] La figure 2 est un schéma d'un système de refroidissement d'un moteur selon 25 un autre mode de réalisation particulier de l'invention. Les figures 2A, 2B et 2C illustrent les flux de circulation du fluide de refroidissement selon différentes températures du moteur. [0014] La figure 3 est un schéma de détail du dispositif de distribution de liquide du système de refroidissement de la figure 1. 2905407 4 [0015] Le système de refroidissement de la figure 1 est un système dit à double refroidissement comporte essentiellement 2 chambres séparées, notées respectivement 12 et 14. La chambre 12, dite chambre carter, est destinée au refroidissement du carter moteur, en particulier des cylindres. La chambre 14 est 5 disposée dans la culasse. La chambre 14 entoure plus particulièrement les soupapes d'échappement des gaz de combustion pour lesquelles un refroidissement est nécessaire dans toutes les conditions de chauffe du moteur. [0016] Ces chambres 12 et 14 sont alimentées en fluide de refroidissement par une pompe 10. Le circuit comporte par ailleurs un radiateur 15 pour refroidir le fluide 10 après la traversée du moteur. Par ailleurs, dans et éventuellement, d'autres moyens échangeurs de chaleur, comme par exemple un aérotherme 17 û pour réchauffer de l'air destiné à l'habitable et un échangeur EGR 18 (EGR étant l'acronyme anglais de Exhaust Gaz Recirculation, signifiant recyclage des gaz d'échappement ), destiné à refroidir une fraction des gaz d'échappement réinjectées dans les chambres de 15 combustion. [0017] Dans certaines conditions, par exemple suite à un démarrage à froid, une mise en route immédiate de l'ensemble du système de refroidissement peut conduire à un retard de montée en température du moteur, néfaste à ses performances. Les auteurs de la présente invention proposent donc 3 modes de fonctionnement, 20 illustrés respectivement aux figures 1 A, 1B et 1C : [0018] Le mode illustré à la figure 1A correspond à un fluide de refroidissement froid , dont la température est inférieure à une première température de seuil Ts1 par exemple de l'ordre de 83 C. Dans ces conditions, il est inutile de refroidir le fluide de refroidissement qui peut donc court-circuiter le radiateur 15 ce qui permet 25 de plus de favoriser la montée en température du carter pour atteindre le plus rapidement possible une température de régime, ne serait-ce que pour se placer dans la plage de température optimale pour la lubrification. Le fluide de refroidissement traverse donc simplement la culasse, avec un retour direct 30 vers la pompe 10 û ou éventuellement passe par la branche parallèle 40 portant 30 l'aérotherme et l'échangeur EGR, les débits de fluide de refroidissement traversant 2905407 5 ces éléments ou passant par la branche 40 étant contrôlés par exemple au moyen d'une vanne ici non représentée. [0019] Quand la température du fluide de refroidissement s'élève au-delà de cette température de seuil Ts1, un refroidissement du fluide devient nécessaire, d'où 5 comme illustré figure 1B la mise en circulation du fluide dans la branche 50 passant par le radiateur 15, avec une dérivation au niveau de la vanne Th1. Comme il sera plus particulièrement expliqué en relation avec la figure 3, simultanément la circulation dans le by-pass 30 est coupée. [0020] Enfin, dans le mode de fonctionnement correspondant à la figure 1 C, au-delà 10 d'une seconde température de seuil, Ts2, par exemple de l'ordre de 105 c, la circulation est établie dans le carter 12 au moyen de la branche 40 dont le débit est contrôlé au niveau de la vanne Th2. [0021] Dans une variante plus particulièrement préférée de l'invention, le système de refroidissement peut être qualifié de système à triple refroidissement dans le sens où 15 la culasse comporte deux chambres de refroidissement isolées, une côté admission et une autre côté échappement. Dans ce cas, la chambre de refroidissement culasse, côté admission, est en connexion fluidique avec la chambre de refroidissement du carter, ces deux éléments ayant des besoins en refroidissement sensiblement équivalents. La connexion fluidique est obtenue par des perçages 20 appropriés du joint de culasse. [0022] Avec une telle architecture, les flux sont modifiés tels qu'illustrés aux figures 2A, 2B et 2C qui les représentent pour une température de fluide respectivement inférieure à Ts1, entre Ts1 et Ts2, et supérieure à Ts2. La figure 2C montre de plus qu'avec ce mode de réalisation, la sortie carter se fait en fait au niveau de la 25 culasse, et du même côté que pour l'échappement ce qui simplifie la conception du circuit de refroidissement. [0023] La figure 3 montre plus particulièrement le dispositif de distribution du fluide caloporteur en sortie de moteur, avec la combinaison des deux vannes Th1 et Th2. 2905407 6 [0024] Ce dispositif disposé sur la culasse, comprend une jonction 70, disposée en aval de la deuxième chambre 14 de refroidissement. Le fluide caloporteur est admis dans la jonction 70 par une entrée principale 21 reliée à la chambre de refroidissement de la culasse ù ou dans le cas du mode de réalisation préféré 5 représenté aux figures 2A, 2B et 2C, à la chambre de refroidissement côté échappement de la culasse. La jonction 70 constitue l'élément principal du système de distribution du fluide caloporteur vers les différentes branches du circuit de refroidissement et pour ce faire, communique avec les branches 30, 40, 50 et 60 respectivement par les entrées/sorties 31, 41, 51 et 61. Dans le mode de réalisation io ici représenté, seule la sortie 41 n'est pas dotée de moyens de contrôle du débit la traversant. [0025] Les sorties 31 et 51 sont contrôlées par la vanne Th1 constituée par un système à deux clapets, avec un clapet 32 dimensionné pour obturer la sortie 31 et un clapet 52 dimensionné pour obturer la sortie 51. Le clapet 52 est appliqué contre 15 la sortie 51 par un ressort 53. Par ailleurs, les clapets 32 et 52 sont pilotés par des moyens de pilotage comportant un organe thermoactif 54, par exemple constitué par de la cire, baigné par le liquide de la jonction 70. Cet organe 54 est apte à piloter la vanne Th1 entre une première position dans laquelle le clapet 52 obstrue la sortie 51, alors que la sortie 31 est ouverte (hypothèse des figures 1A et 2A, la température du 20 fluide caloporteur est inférieure à Ts1) et une seconde position, dans laquelle le clapet 32 obstrue la sortie 31 alors que la circulation est établie dans la branche 50 (la température du fluide caloporteur est supérieure à T5,). [0026] La quatrième sortie de la jonction 70 est la sortie 61 permettant d'établir une circulation dans la chambre de refroidissement du carter 12 (éventuellement 25 associée à la chambre de refroidissement du côté admission de la culasse). Pour ce faire, cette sortie 61 (ou plus précisément cette entrée si on considère le sens de circulation du fluide de refroidissement) communique avec un raccord 71 délimitant la conduite 60. La sortie 61 est contrôlée par la vanne Th2. Toute circulation entre le raccord 71 (et donc la chambre carter) et la jonction 70 en aval de la culasse est 30 ainsi bloquée par un clapet 62 déplacé d'une part par un ressort de rappel 63, des moyens 64 ù analogues aux moyens 74 et des moyens électriques 75. 2905407 7 [0027] Les moyens 64 sont conçus pour provoquer l'ouverture du clapet 62 lorsque le fluide caloporteur a atteint une température supérieure à la seconde température de seuil Ts2. Toutefois, dans la mesure où ces moyens sont localisés dans le raccord 71 dans lequel le fluide caloporteur ne circule pas tant que le clapet 62 est fermé, la 5 montée en température du fluide dans le raccord peut être retardée, avec le risque d'une surchauffe du moteur dont le carter n'est pas refroidi. [0028] C'est pourquoi selon l'invention une conduite 76 est prévue débouchant d'une part dans le raccord 71 et d'autre part au niveau du clapet 52 qui en position fermée obture également la conduite 76. La conduite 76 a une section étroite, par exemple io de l'ordre du dixième de la section de la sortie 61 de façon à générer une fuite de fluide hors du raccord 71.. [0029] Ainsi lorsque la température du fluide caloporteur est inférieure à la première température de seuil Ts1, aucune circulation de fluide caloporteur n'est permise dans le chambre carter. Une fois la conduite débouchée, la fuite au travers de la conduite is 76 force le renouvellement du fluide présent dans le raccord, sans que la circulation ainsi établie dans la chambre carter soit suffisante pour contrarier la montée en température du carter. Néanmois, elle suffit à garantir que la température du fluide caloporteur dans le raccord 71 est bien la même que celle du fluide dans le carter, de sorte que l'ouverture du clapet 62 est bien réalisée dès que la phase de préchauffage 20 du moteur est terminée. [0030] Les moyens électriques 75 sont des moyens de pilotage auxiliaires permettant l'ouverture du clapet 62 pendant la phase de préchauffage, notamment lorsque le moteur fonctionne à régimes élevés pendant cette phase. Ces moyens sont donc pilotés par le contrôle moteur, qui par exemple en fonction d'une cartographie basée 25 sur le régime moteur, le couple et une température prélevée par un capteur 77, et vont par exemple agir sur une résistance électrique qui, par effet Joule, va chauffer la cire pour actionner le clapet. 2905407 8 [0031] Selon une variante de réalisation, la première boucle comporte un aérotherme, et les moyens de régulation du débit sont pilotés en fonction d'une température mesurée dans l'habitacle du véhicule. 5

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de distribution d'un fluide caloporteur comportant - une jonction (70) comportant une entrée principale (21), une entrée auxiliaire (61) dont l'ouverture est contrôlée par une vanne d'entrée Th2, une sortie principale (41) et une sortie auxiliaire (51) dont l'ouverture est contrôlée par une vanne de sortie Th1 pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur circulant dans la jonction (70) atteint une première température de seuil Ts1 et un raccord (71) débouchant sur l'entrée auxiliaire (61) de la jonction, la io vanne d'entrée Th2 étant pilotée pour atteindre une position d'ouverture lorsque le fluide caloporteur présent dans le raccord (71) atteint une seconde température de seuil Ts2 différente de la première température de seuil Ts1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (76) pour créer un débit 15 de fuite de fluide caloporteur entre la jonction (70) et le raccord (71) , lorsque la vanne de sortie Th1 est en position ouverte et la vanne d'entrée Th2 en position fermée.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que Tsé, est inférieure à Ts2. 20

3. Dispositif de distribution d'un fluide caloporteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la vanne de sortie et la vanne d'entrée sont du type comportant un élément thermoactif baigné par le fluide caloporteur.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément thermoactif est en cire. 25

5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage de la vanne d'entrée comportent de plus une résistance électrique, disposée sur l'organe thermoactif et alimentée électriquement par un organe générateur de courant pour piloter la vanne d'entrée quand la température du fluide caloporteur n'a pas atteint Ts2. 2905407 i0

6. Système de refroidissement pour un moteur à combustion interne comportant une culasse (14 et un carter (12), comportant des moyens pour diriger un fluide caloporteur exclusivement vers la culasse (14) ou vers une branche séparée traversant le carter (12), caractérisé en ce que le fluide caloporteur circulant 5 dans la branche traversant exclusivement la culasse ou dans la branche traversant le carter est distribué au moyen d'un dispositif de distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la jonction (70) étant située en aval de la branche traversant la culasse (14), la vanne de sortie fermant une branche dérivée (50) traversant un radiateur (15) et le raccord (71) étant situé io en aval de la branche traversant le carter (12), de sorte que la circulation de fluide caloporteur dans la branche traversant le carter est essentiellement nulle tant que la vanne d'entrée (61) est en position fermée.

7. Système de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé ce que les moyens pour créer un débit de fuite de fluide entre la jonction et le raccord 15 comprennent une conduite (76) dont la section est inférieure à la section de l'entrée auxiliaire, la conduite débouchant au voisinage de la vanne de sortie de sorte que la conduite est obturée lorsque cette vanne de sortie est en position fermée.

8. Système de refroidissement selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en 20 ce que la sortie principale débouche sur une boucle principale qui traverse un aérotherme contribuant au conditionnement thermique de l'air de l'habitacle du véhicule équipé du moteur.

9. Système de refroidissement selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la sortie principale débouche sur une boucle principale qui traverse un 25 échangeur de chaleur contribuant au refroidissement de la fraction recirculée des gaz d'échappement.

10. Système de refroidissement selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que la jonction comporte de plus une sortie débouchant sur un by-pass menant directement à la pompe de mise en circulation du fluide caloporteur. 30

11. Système de refroidissement selon la revendication 10, caractérisé en ce que la vanne de sortie, commande de plus la fermeture d'un clapet obturant la sortie 2905407 Il débouchant sur le by-pass quand le clapet obturant la branche dirigée vers le radiateur est en position ouverte.

12. Système de refroidissement selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que la sortie principale de la jonction comporte des moyens de régulation 5 du débit pour contrôler la fraction du débit de fluide caloporteur dirigée vers le by-pass et la fraction dirigée vers la boucle principale.

13. Système de refroidissement selon la revendication 12 dans lequel la première boucle comporte un aérotherme, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation du débit sont pilotés en fonction d'une température mesurée dans io l'habitacle du véhicule.