FR2932845A1 - Procede et dispositif de refroidissement d'un moteur thermique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule. L'invention concerne également une vanne thermo pilotée destinée à être montée dans le circuit de refroidissement du moteur. Selon le procédé, une entrée (46) de liquide caloporteur est aménagée de l'extérieur de la culasse (10) vers des cavités de refroidissement (14) de la culasse et au moins une partie du liquide caloporteur est dérivée vers ladite entrée (46) des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10), en fonction de la température du liquide caloporteur. Ledit dispositif comporte des moyens (36, 46) pour dériver, à la sortie de la pompe (18) du circuit de refroidissement, au moins une partie du liquide caloporteur vers l'entrée des cavités de refroidissement (14) de la culasse (12) du moteur. Ces moyens peuvent être constitués par une entrée (46) pratiquée dans la culasse et par une vanne thermo pilotée en fonction de la température du liquide caloporteur.

Description

Procédé et dispositif de refroidissement d'un moteur thermique [0001 ] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule de façon à atteindre plus rapidement le domaine de températures souhaitées pour le fonctionnement du moteur. L'invention concerne aussi une vanne destinée à être montée dans le circuit de refroidissement.

[0002 ] On sait que les gaz d'échappement d'un moteur froid émettent des gaz nocifs, notamment des oxydes de carbone, en quantité plus importante que lorsque le moteur est chaud. De plus, un moteur froid est moins bien lubrifié que lorsqu'il est chaud, ce qui augmente les frottements et donc la consommation de carburant. Il est donc important que le moteur atteigne rapidement sa température de fonctionnement de façon à diminuer la pollution et la consommation de carburant.

[0003 ] Des solutions ont déjà été proposées pour améliorer le fonctionnement des circuits de refroidissement des moteurs thermiques. Ainsi, la demande de brevet WO 2008/034959 Al décrit un circuit qui comporte une boucle principale de refroidissement et au moins un circuit de dérivation comprenant divers éléments tels qu'un radiateur et un échangeur supplémentaires. Le brevet FR 2859757 propose de refroidir le bloc moteur et la culasse du moteur à l'aide de deux circuits en parallèle, chaque circuit comprenant une vanne. Ces solutions présentent l'inconvénient de faire appel à de nombreux composants supplémentaires, notamment des vannes électriques, ce qui augmente le coût du système de refroidissement.

[0004 ] La présente invention propose un procédé et un dispositif relativement économiques à mettre en oeuvre.

[0005 ] De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule, le moteur étant muni d'un circuit de refroidissement dans lequel peut circuler un fluide caloporteur, ledit circuit comprenant un radiateur, une pompe assurer un débit du liquide dans le circuit, des chambres de refroidissement du bloc moteur communiquant avec des cavités de refroidissement de la culasse du moteur, un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule et un boîtier de sortie du liquide. Selon l'invention, le procédé consiste à aménager une entrée de liquide caloporteur de l'extérieur de la culasse vers lesdites cavités de refroidissement et à dériver, à la sortie de ladite pompe et en fonction de la température du liquide caloporteur, au moins une partie du liquide caloporteur vers l'entrée des cavités de refroidissement de la culasse.

[0006] Lorsque la température du liquide caloporteur est inférieure ou égale à un seuil de température minimale, la totalité du débit du liquide caloporteur, en sortie de la pompe, est dérivée vers l'entrée des cavités de refroidissement de la culasse. A la sortie des cavités de refroidissement de la culasse, une partie du débit du liquide caloporteur est dirigée vers l'aérotherme, le liquide caloporteur circulant alors de la pompe vers les cavités de refroidissement de la culasse, puis vers l'aérotherme pour retourner ensuite vers la pompe, l'autre partie du débit du liquide caloporteur étant dérivée directement vers la pompe afin d'assurer un débit minimum de liquide caloporteur dans le circuit de refroidissement du moteur.

[0007] Lorsque la température du liquide caloporteur est comprise dans une plage de températures intermédiaires, la totalité du débit du liquide caloporteur sortant de la pompe est dirigée à l'entrée des chambres de refroidissement du bloc moteur. Le boîtier de sortie dirige alors une partie du débit de liquide caloporteur vers l'aérotherme, l'autre partie du débit étant dérivée vers la pompe afin d'assurer un débit minimum de liquide caloporteur dans le circuit de refroidissement du moteur.

[0008] Lorsque la température du liquide caloporteur est supérieure à un seuil prédéterminé, la totalité du débit du liquide caloporteur sortant de la pompe est dirigée à l'entrée des chambres de refroidissement du bloc moteur. Le boîtier de sortie dirige alors une partie du débit de liquide caloporteur vers l'aérotherme, l'autre partie étant dirigée vers le radiateur.

[0009] L'invention concerne également un dispositif de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule, le moteur étant muni d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur, ledit circuit comprenant un radiateur, une pompe pour contrôler le débit du liquide dans le circuit, des chambres de refroidissement du bloc moteur communiquant avec des cavités de refroidissement de la culasse du moteur, un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule et un boîtier de sortie du liquide. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens pour dériver, à la sortie de la pompe, au moins une partie du liquide caloporteur vers l'entrée des cavités de refroidissement de la culasse du moteur. [0010] Selon un mode de réalisation, lesdits moyens comportent une entrée de liquide caloporteur de l'extérieur de la culasse vers lesdites cavités de refroidissement de la culasse, ainsi qu'une vanne thermo pilotée à une entrée et deux sorties, l'entrée étant reliée à la sortie de la pompe et des canalisations reliant l'une des sorties de la vanne à l'entrée des chambres de refroidissement du bloc moteur et l'autre sortie de la vanne à l'entrée des cavités de refroidissement de la culasse. [0011] Ledit boîtier peut comporter une entrée reliée à la sortie des cavités de refroidissement de la culasse et au moins deux sorties, l'une étant reliée audit radiateur par une canalisation et l'autre étant reliée audit aérotherme par une autre canalisation. Ledit boîtier peut avantageusement comporter une troisième sortie reliée à la pompe par une canalisation de dérivation. [0012] L'invention concerne également une vanne comportant un corps de vanne délimitant une chambre, munie d'une entrée destinée à être connectée à la sortie d'une pompe assurant un débit de circulation d'un liquide de refroidissement, et une première et une seconde sorties, caractérisée en ce qu'elle comporte un piston muni d'un premier et second clapets tels que dans une première position du piston, le premier clapet obture la première sortie, le second clapet laissant la deuxième sortie ouverte, alors que dans une seconde position du piston, le premier clapet laisse la première sortie ouverte et le second clapet obture la seconde sortie.

[0013] Dans une variante, la vanne est conçue de manière telle que piston peut également être placé dans une position telle qu'aucun des clapets n'obture la première ou la seconde 20 sortie.

[0014] Dans une variante, la vanne comporte un élément thermosensible pilotant l'ouverture et la fermeture desdites sorties en fonction de la température du liquide de refroidissement. L'élément thermo sensible peut être solidaire du piston de façon à commander le déplacement du piston en fonction de la température du liquide de refroidissement.

25 [0015] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :

- la figure 1 montre le schéma de principe du dispositif de refroidissement ;

- la figure 2 illustre le procédé de l'invention lorsque le moteur est froid ; - la figure 3 illustre le procédé de l'invention lorsque le moteur est à une température intermédiaire ;

- la figure 3b illustre le procédé de l'invention lorsque le moteur est à une température supérieure à la température intermédiaire - la figure 4 illustre le procédé de l'invention lorsque le moteur est chaud et que l'eau circule dans le radiateur principal.

- les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation de la vanne située en sortie de la pompe, pour deux positions possibles.

[0016] Selon l'invention, le liquide caloporteur constituant le fluide de refroidissement ne refroidit pas le bloc moteur tant que le moteur thermique est froid, ce qui permet une montée en température plus rapide afin de réduire les frottements et donc la consommation de carburant.

[0017] Sur la figure 1, un moteur thermique est représenté composé d'une culasse 10 et d'un bloc moteur 12. La culasse comporte de façon classique des cavités de refroidissement 14 dans lesquelles peut circuler un liquide caloporteur. Le bloc moteur 12 comporte des chambres 16 dans lesquelles peut circuler le liquide caloporteur. Le circuit de refroidissement du moteur comprend une pompe 18 destinée à faire circuler le liquide caloporteur, un radiateur 20 généralement situé sur la face avant du véhicule, un aérotherme 22 pour chauffer l'habitacle du véhicule et un boîtier de sortie 24. Des passages 26 dans le bloc moteur, dans le joint de culasse et dans la culasse permettent au liquide caloporteur de circuler des chambres 16 du bloc moteur vers les cavités 14 de la culasse. Dans les circuits de refroidissement connus, le fluide caloporteur est mis en mouvement par la pompe 18 et circule de la pompe vers les chambres 16 du bloc moteur, puis il passe dans les cavités 14 de la culasse et sort du moteur par le boîtier de sortie 24 où il est conduit par la canalisation 28 à l'aérotherme 22 et par la canalisation 30 au radiateur 20. Le boîtier de sortie 24 comporte un thermostat habituellement désigné par la marque Calorstat. Ce boîtier gère les débits du liquide caloporteur dans les canalisations 28 et 30 en fonction de la température demandée dans l'habitacle et en fonction de la température du liquide caloporteur. Le liquide caloporteur retourne de l'aérotherme 22 à la pompe 18 par une canalisation 32 et du radiateur 20 à la pompe 18 par une canalisation 34. [0018 ] Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de refroidissement comporte une vanne thermo pilotée 36 munie d'une entrée 38 et de deux sorties 40 et 42. L'entrée 38 est reliée à la sortie de la pompe 18, la sortie 42 est reliée à une entrée 44 des chambres 16 du bloc moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la culasse comporte une entrée 46 en communication avec les cavités 14 ; cette entrée étant qualifiée d < extérieure à la culasse en ce sens qu'elle n'est pas comprise, comme les passages 26, entre le bloc moteur 12 et la culasse 10 et qu'elle peut être connectée aisément, par une canalisation par exemple, à la vanne 36. L'entrée 46 dans la culasse peut être réalisée par un passage, réalisé soit par perçage, soit aménagé dans la culasse au moment de sa fabrication. La sortie 40 de la vanne 36 est reliée à l'entrée 46 de la culasse par une canalisation 48. La vanne 36 permet de dériver le débit de liquide caloporteur du bloc moteur vers la culasse. Enfin, une canalisation de dérivation 50 reliant le boîtier 24 à la pompe 18 permet d'assurer un petit débit de liquide caloporteur dans le circuit de refroidissement lorsque la vanne thermo pilotée 36 dirige le débit de liquide sortant de la pompe vers la culasse de façon à éviter une perte de charge trop importante dans l'aérotherme. Le débit de liquide dans la canalisation de dérivation 50 peut être par exemple de l'ordre de 30 à 50% du débit du liquide de refroidissement dans l'aérotherme 22. De façon générale, le boîtier 24 assure un débit de liquide caloporteur dans la canalisation de dérivation 50 lorsque le liquide caloporteur ne circule pas dans le radiateur 20. [0019 ] La figure 2 illustre le procédé de l'invention lorsque le moteur est froid : lorsque la température du moteur (c'est-à-dire la température du liquide caloporteur) est inférieure à un seuil de température minimale Tmin prédéterminée. Dans ce cas, la vanne 36 dirige le liquide caloporteur vers la culasse 10 uniquement. Le liquide caloporteur circule alors de la pompe 18 vers la vanne 36, puis par la canalisation 48 et l'entrée 46 pénètre dans les cavités 14 de la culasse, sort de la culasse 10 pour aller dans le boîtier de sortie 24. Une partie du débit du liquide caloporteur sortant du boîtier 24 est dirigée vers l'aérotherme 22 d'où il retourne à la pompe 18. L'autre partie du débit retourne par la canalisation 50 vers la pompe 18. Le liquide caloporteur présent dans les chambres 16 du bloc moteur ne circulant qu'à très faible débit se réchauffe ainsi plus vite : le moteur thermique atteint alors sa température de fonctionnement plus rapidement.

[0020 ] Les figures 3 et 3b illustrent le procédé de l'invention pour des températures intermédiaires du moteur : la température T étant comprise dans une plage allant d'une température Ti à une température T2, par exemple de 40 ou 50°C à 70 ou 90°C. La température Ti peut être par exemple la température seuil Tmin indiquée précédemment.

Pour des températures intermédiaires, la vanne thermo pilotée 36 dirige progressivement le débit de la culasse vers le bloc moteur, à la fin de cette transition tout le débit de liquide caloporteur sortant de la pompe 18 vers l'entrée 44 des chambres 16 du bloc moteur. Le liquide circule alors dans ces chambres, puis en passant par les passages 26, circule dans les cavités 14 de refroidissement de la culasse. En sortant de la culasse, une partie du débit du liquide est dirigé par le boîtier de sortie 24 vers l'aérotherme 22, d'où il retourne vers la pompe 18. L'autre partie du débit est dirigée vers la pompe 18 par la canalisation de dérivation 50.

[0021 ] La figure 4 illustre le procédé de l'invention lorsque la température du liquide caloporteur est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé, qui peut être la température maximale T2, par exemple 85 ou 90°C, du domaine de température Ti ûT2 relatif au fonctionnement illustré sur la figure 3. Lorsque la température du liquide caloporteur atteint ladite valeur de seuil, la vanne thermo pilotée 36 dirige tout le débit de liquide vers le bloc moteur et le boîtier de sortie 24 dirige le débit vers le radiateur 20 et vers l'aérotherme 22 (ce dernier est toujours traversé par un débit de liquide caloporteur, même s'il n'est pas nécessaire de chauffer l'habitacle). Le liquide caloporteur circule donc de la pompe 18 vers la vanne 36, puis dans les chambres 16 du bloc moteur et les cavités 14 de la culasse, après être passé par les passages 26. A la sortie du boîtier 24, une partie du débit du liquide de refroidissement est dirigée vers l'aérotherme 22, d'où il retourne vers la pompe 18, l'autre partie du débit étant dirigée vers le radiateur 20, d'où il retourne également vers la pompe 18 par la canalisation 30.

[0022 ] Les figures 5 et 6 représentent schématiquement un mode de réalisation de la vanne thermo pilotée 36. Cette vanne comporte un corps de vanne 60 délimitant une chambre 62 comportant une entrée 38 destinée à être connectée à la sortie de la pompe 18, une sortie 40 destinée à être connectée à l'entrée 46 de la culasse et une sortie 42 destinée à être connectée à l'entrée 44 du bloc moteur. Un piston 63 est muni à ses deux extrémités d'un clapet 64 destiné à obturer la sortie 40 et d'un clapet 66 destiné à obturer la sortie 42, les deux clapets 64 et 66 étant montés en opposition, c'est-à-dire que si l'un est ouvert, l'autre est fermé. Le piston 63 peut se déplacer dans la chambre 62 entre deux positions extrêmes : une première position illustrée sur la figure 5 pour laquelle la sortie 42 est fermée par le clapet 66 et la sortie 46 est ouverte, ce qui correspond au moteur froid et au fonctionnement représenté sur la figure 2, et une deuxième position illustrée sur la figure 6 pour laquelle la sortie 40 est fermée par le clapet 64 et la sortie 42 est ouverte, ce qui correspond au fonctionnement représenté sur la figures 3 et 4 et au moteur ayant une température au moins égale à un seuil prédéterminé ( par exemple entre 40 à 70°C). La vanne 36 comporte un élément 68 sensible à la température, qui est placé dans le flux du liquide de refroidissement sortant directement de la pompe 18. Cet élément thermo sensible 68 peut par exemple être constitué d'un fourreau 70 (par exemple un cylindre en cuivre) dans lequel peut se mouvoir une tige de commande 72, la longueur de la tige sortant du fourreau augmentant avec la température. L'extrémité de la tige de commande 72 sortant du fourreau 70 est solidaire du piston 63, la tige 72 commandant le déplacement du piston 63 en fonction de la température du liquide de refroidissement.

[0023 ] La figure 5 illustre la position du piston 63 lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à un seuil prédéterminé : tout le débit du liquide de refroidissement sortant de la pompe est dirigé vers l'entrée 46 de la culasse, alors que le débit vers l'entrée 44 du bloc moteur est interdit.

[0024 ] Sur la figure 6, lorsque la température du liquide de refroidissement atteint un seuil prédéterminé, la longueur de la tige de commande 72 sortant du fourreau 70 est suffisamment grande pour déplacer le piston 63 de sorte que le clapet 64 soit fermé et le clapet 66 ouvert : tout le débit du liquide de refroidissement sortant de la pompe 18 est dirigé vers l'entrée 44 du bloc moteur, le débit vers l'entrée 46 de la culasse étant interdit.

[0025 ] Le piston est conçu de manière telle qu'il existe une phase de transition où les 2 clapets sont simultanément ouverts afin de garantir une continuité de débit à travers le 20 moteur.

[0026 ] La présente invention permet d'accélérer la montée en température du bloc moteur, ce qui permet de réduire les frottements et donc la consommation de carburant à froid.

[0027 ] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule, le moteur étant muni d'un circuit de refroidissement dans lequel peut circuler un fluide caloporteur, ledit circuit comprenant un radiateur (20), une pompe (18) pour assurer un débit du liquide dans le circuit, des chambres de refroidissement (16) du bloc moteur (12) communiquant avec des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10) du moteur, un aérotherme (22) destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule et un boîtier de sortie (24) du liquide, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à aménager une entrée (46) de liquide caloporteur de l'extérieur de la culasse (10) vers lesdites cavités de refroidissement (14) et à dériver, à la sortie de ladite pompe (18) et en fonction de la température du liquide caloporteur, au moins une partie du liquide caloporteur vers l'entrée des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10).
2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la température du liquide caloporteur est inférieure ou égale à un seuil de température minimale, la totalité du débit du liquide caloporteur, en sortie de la pompe (18), est dérivée vers l'entrée des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10).
3. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, à la sortie des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10), une partie du débit du liquide caloporteur est dirigée vers l'aérotherme (22), le liquide caloporteur circulant alors de la pompe (18) vers les cavités de refroidissement (14) de la culasse (10), puis vers l'aérotherme (22) pour retourner ensuite vers la pompe (18), l'autre partie du débit du liquide caloporteur étant dérivée vers la pompe (18).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, lorsque la température du liquide caloporteur est comprise dans une plage de températures intermédiaires, le débit est progressivement dirigé de la culasse vers le bloc moteur, à la fin de cette transition la totalité du débit du liquide caloporteur sortant de la pompe (18) est dirigée à l'entrée (44) des chambres de refroidissement (16) du bloc moteur (12).
5. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le boîtier de sortie (24) dirige une partie substantielle du débit de liquide caloporteur vers l'aérotherme (22), l'autre partie du débit étant dérivée directement vers la pompe (18).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, lorsque la température du liquide caloporteur est supérieure à un seuil prédéterminé, la totalité du débit du liquide caloporteur sortant de la pompe (18) est dirigée à l'entrée (44) des chambres de refroidissement (16) du bloc moteur (12).
7. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le boîtier de sortie (24) dirige une partie du débit de liquide caloporteur vers l'aérotherme (22), l'autre partie étant dirigée vers le radiateur (20).
8. 8. Dispositif de refroidissement du moteur thermique d'un véhicule, le moteur étant muni d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur, ledit circuit comprenant un radiateur (20), une pompe (18) pour contrôler le débit du liquide dans le circuit, des chambres de refroidissement (16) du bloc moteur (12) communiquant avec des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10) du moteur, un aérotherme (22) destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule et un boîtier de sortie (24) du liquide, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (36, 46) pour dériver, en sortie de la pompe (18), au moins une partie du liquide caloporteur vers l'entrée des cavités de refroidissement (14) de la culasse (12) du moteur.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que lesdits moyens comportent une entrée (46) de liquide caloporteur de l'extérieur de la culasse vers lesdites cavités de refroidissement (14) de la culasse (10).
10. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que lesdits moyens comportent une vanne thermo pilotée (36) à une entrée (38) et deux sorties (40, 42), l'entrée (38) étant reliée à la sortie de la pompe (18) et des canalisations reliant l'une (42) des sorties de la vanne (36) à l'entrée (44) des chambres derefroidissement (16) du bloc moteur (12) et l'autre sortie (40) de la vanne (36) à l'entrée (46) des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10).
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que ledit boîtier (24) comporte une entrée reliée à la sortie des cavités de refroidissement (14) de la culasse (10) et au moins deux sorties, l'une étant reliée audit radiateur (20) par une canalisation (30) et l'autre étant reliée audit aérotherme (22) par une canalisation (28).
12. 12. Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit boîtier (24) comporte une troisième sortie reliée à la pompe (18) par une canalisation de dérivation (50).
13. 13. Vanne (36) comportant un corps de vanne délimitant une chambre (32), munie d'une entrée (38) destinée à être connectée à la sortie d'une pompe (18) assurant un débit de circulation d'un liquide de refroidissement, et une première (40) et une seconde (44) sorties, caractérisée en ce qu'elle comporte un piston (63) muni d'un premier et second clapets (64, 66) tels que dans une première position du piston, le premier clapet (64) obture la première sortie (40), le second clapet (66) laissant la deuxième sortie (42) ouverte, alors que dans une seconde position du piston, le premier clapet (64) laisse la première sortie (40) ouverte et le second clapet (66) obture la seconde sortie (42).
14. 14. Vanne selon la revendication 13, caractérisée en ce que le piston peut également être placé dans une position telle qu'aucun des clapets (64, 66) n'obture la première (40) ou la seconde sortie (42).
15. 15. Vanne selon la revendication 13 caractérisée en ce qu'elle comporte un élément thermo sensible (68) pilotant l'ouverture et la fermeture desdites sorties en fonction de la température du liquide de refroidissement.
16. 16. Vanne selon les revendications 15 caractérisée en ce que ledit élément thermo sensible (68) est solidaire du piston (63) de façon à piloter le déplacement du piston en fonction de la température du liquide de refroidissement.