FR3074525A1 - Circuit de refroidissement de groupe motopropulseur optimisant la montee en temperature d'une boite de vitesses - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un circuit de refroidissement (10) comportant: - un boîtier (14) de sortie d'un fluide caloporteur comportant des premières conduites sortie (15) et d'entrée (16) débouchant respectivement dans le moteur thermique (11) et dans le boîtier (14) en provenance du moteur thermique (11), - des deuxièmes conduites de sortie (19) et d'entrée (20) débouchant respectivement dans un radiateur (22) et dans le boîtier (14) en provenance du radiateur (22), caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (10) comporte en outre un circuit d'alimentation en fluide (37) monté en dérivation de la deuxième conduite d'entrée (20) pour alimenter en fluide caloporteur l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et un échangeur de chaleur de turbocompresseur (40), et en ce qu'une conduite de retour (41) est apte à assurer un retour du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40) vers le moteur thermique (11).
Description
© CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT DE GROUPE MOTOPROPULSEUR OPTIMISANT LA MONTEE EN TEMPERATURE D'UNE BOITE DE VITESSES.
FR 3 074 525 - A1 (57) L'invention porte principalement sur un circuit de refroidissement (10) comportant:
- un boîtier (14) de sortie d'un fluide caloporteur comportant des premières conduites sortie (15) et d'entrée (16) débouchant respectivement dans le moteur thermique (11) et dans le boîtier (14) en provenance du moteur thermique (11)*
- des deuxièmes conduites de sortie (19) et d'entrée (20) débouchant respectivement dans un radiateur (22) et dans le boîtier (14) en provenance du radiateur (22), caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (10) comporte en outre un circuit d'alimentation en fluide (37) monté en dérivation de la deuxième conduite d'entrée (20) pour alimenter en fluide caloporteur l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et un échangeur de chaleur de turbocompresseur (40), et en ce qu'une conduite de retour (41 ) est apte à assurer un retour du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40) vers le moteur thermique (11)·
CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT DE GROUPE MOTOPROPULSEUR OPTIMISANT LA MONTÉE EN TEMPERATURE D'UNE BOÎTE DE VITESSES [0001] La présente invention porte sur un circuit de refroidissement de groupe motopropulseur optimisant la montée en température d'une boîte de vitesses. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les boîtes de vitesses automatiques.
[0002] Un circuit de fluide de refroidissement classique comprend un boîtier de sortie de fluide de refroidissement connu sous l’abréviation BSE pour Boîtier de Sortie d'Eau, car le fluide de refroidissement est généralement un liquide à base d'eau comprenant des additifs. Ce boîtier de sortie est muni de plusieurs entrées et de plusieurs sorties, correspondant à des boucles respectives de circulation de fluide.
[0003] Il convient de refroidir l’huile de lubrification de la boîte de vitesses quand cette huile est trop chaude, mais il convient également de réchauffer l’huile de lubrification au démarrage du véhicule quand l’huile est trop froide et pas assez visqueuse pour assurer une bonne lubrification. Ceci ne doit pas avantageusement être réalisé au détriment du chauffage de l’habitacle lors du démarrage du véhicule automobile quand la température extérieure est froide, le chauffage de l’habitacle étant prioritaire.
[0004] Il est connu d’assurer le refroidissement de la boîte de vitesses par une dérivation du circuit de fluide caloporteur en sortie du radiateur. Le premier avantage de cette solution est que l’on profite du fluide caloporteur froid sortant du radiateur pour refroidir la boîte de vitesses. Le second avantage est qu’une telle configuration ne présente pas d’impact négatif pour la prestation thermique de l’habitacle lors de la montée en température puisqu’il n’y a pas de circulation de fluide caloporteur en thermostat fermé.
[0005] Les inconvénients de cette solution sont qu’il est impossible d’optimiser la montée en température de la boîte de vitesses lors de la montée en température du fluide caloporteur du moteur, car il n’existe pas de débit en thermostat fermé. En outre, si le thermostat est peu ouvert, ce qui est le cas sur les cycles peu chargés, le débit de fluide caloporteur dans la boîte de vitesses est très faible et il y a donc peu d’échange de chaleur.
[0006] Il a également été proposé une architecture de circuit de fluide caloporteur avec un débit permanent dans la boîte de vitesses, y compris lorsque le thermostat est fermé. Cette solution présente l’avantage d’avoir un débit permanent dans l’échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et suffisamment élevé pour favoriser les échanges thermiques dans la boîte de vitesses. L’inconvénient de cette solution est qu’elle pénalise la montée en température du fluide caloporteur du moteur ce qui produit deux conséquences.
[0007] D’une part, les frottements du moteur augmentent bien qu*its soient compensés par les gains sur les frottements de la boîte de vitesses. D’autre part, il s’ensuit une pénalité sur la prestation thermique de l’habitacle, dans la mesure où le fluide caloporteur du moteur passant dans l’aérotherme est plus froid.
[0008] L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un circuit de refroidissement pour groupe motopropulseur muni d'un moteur thermique et d'une boîte de vitesses associée à un échangeur de chaleur, ledit circuit de refroidissement comportant:
- un boîtier de sortie d’un fluide caloporteur comportant des premières conduites de sortie et d'entrée débouchant respectivement dans le moteur thermique et dans le boîtier en provenance du moteur thermique,
- des deuxièmes conduites de sortie et d’entrée débouchant respectivement dans un radiateur et dans le boîtier en provenance du radiateur,
- un thermostat apte à contrôler une quantité de fluide caloporteur circulant vers le radiateur en fonction d'une température du moteur thermique, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement comporte en outre un circuit d'alimentation en fluide monté en dérivation de la deuxième conduite d’entrée pour alimenter en fluide caloporteur l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et un échangeur de chaleur de turbocompresseur, et en ce qu'une conduite de retour est apte à assurer un retour du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur vers le moteur thermique.
[0009] L'invention permet ainsi de favoriser de manière optimale la montée en température de la boîte de vitesses par l’alimentation de l’échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur chaud puis de la refroidir par l’alimentation de l’échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur froid. On atteint ainsi rapidement la température optimale de l’huile de lubrification de la boîte de vitesses pour la faire fonctionner à son point de rendement maximum, tout en pouvant refroidir efficacement l’huile de lubrification dès que sa température devient trop élevée.
[0010] Selon une réalisation, le circuit d'alimentation en fluide est configuré de telle façon que, lorsque le thermostat est fermé, le fluide caloporteur issu du moteur thermique est apte à passer dans l’échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et l'échangeur de chaleur de turbocompresseur. Ainsi, lors de la montée en température du moteur thermique, on profite des calories de celui-ci pour réduire les pertes par frottement de la boîte de vitesses.
[0011] Selon une réalisation, le circuit d'alimentation en fluide est configuré de telle façon que, lorsque le thermostat est ouvert, le fluide caloporteur de la deuxième conduite d'entrée issu du radiateur est apte à passer dans l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et dans l'échangeur de chaleur de turbocompresseur. Ainsi, lorsque le moteur thermique est chaud, on peut refroidir la boîte de vitesses et le turbocompresseur en profitant du fluide caloporteur sortant du radiateur qui présente la température la plus basse du circuit de refroidissement.
[0012] Selon une réalisation, la conduite de retour est connectée à la deuxième conduite de sortie et une pompe est apte à faire circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du radiateur lorsque le thermostat est fermé et/ou lorsque le moteur thermique est arrêté.
[0013] Selon une réalisation, un clapet anti-retour est monté entre la pompe et un piquage de la conduite de retour sur la deuxième conduite de sortie.
[0014] Selon une réalisation, la conduite de retour est connectée à la première conduite de sortie via un piquage.
[0015] Selon une réalisation, la conduite de retour est connectée à la deuxième conduite d'entrée en provenance du radiateur via un piquage.
[0016] Selon une réalisation, un clapet anti-retour est monté en amont du piquage.
[0017] Selon une réalisation, un composant additionnel, tel qu’un échangeur de chaleur pour un onduleur de machine électrique tournante, est monté en parallèle par rapport à l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses et l'échangeur de chaleur de turbocompresseur.
[0018] L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de refroidissement tel que précédemment défini.
[0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent données à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
[0020] La figure 1 est une représentation schématique d’un circuit de refroidissement de groupe motopropulseur selon la présente invention;
[0021] Les figures 2a à 2c sont des représentations schématiques illustrant le fonctionnement du circuit de refroidissement selon l'invention suivant différentes phases de vie du moteur thermique;
[0022] La figure 3 est une représentation schématique du circuit de refroidissement selon l'invention illustrant une variante d'implantation de la conduite de retour de fluide;
[0023] La figure 4 est une représentation schématique du circuit de refroidissement selon l'invention illustrant une variante de réalisation dans laquelle un échangeur de chaleur additionnel est connecté au circuit dérivé de fluide de refroidissement.
[0024] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
[0025] La figure 1 montre un circuit de refroidissement 10 d'un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique 11 et une boîte de vitesses associée à un échangeur de chaleur 12. Ce circuit de refroidissement 10 est apte à effectuer la régulation thermique de l’échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12 aussi bien pour une montée en température de l’huile de lubrification de la boîte que pour son refroidissement. Le fluide caloporteur circulant dans le circuit 10 est par exemple un liquide à base d'eau contenant des additifs, notamment des produits anti-gel.
[0026] Plus précisément, le circuit de refroidissement 10 comporte un boîtier 14 de sortie d’un fluide caloporteur comportant des premières conduites de sortie 15 et d’entrée 16 de fluide débouchant respectivement dans le moteur 11 et dans le boîtier 14 en provenance du moteur 11 en passant par au moins un échangeur de chaleur 17 du fluide caloporteur avec au moins un élément associé au moteur 11. Il existe également un passage direct entre le moteur et le boîtier 14 avec un retour direct du fluide caloporteur du moteur 11 vers le boîtier 14.
[0027] Le circuit de refroidissement 10 comprend aussi des deuxièmes conduites de sortie 19 et d’entrée 20 débouchant respectivement dans un radiateur 22 et dans le boîtier 14 en provenance du radiateur 22. Accessoirement, le radiateur 22 peut présenter une conduite annexe de sortie de fluide 23 reliant ledit radiateur 22 au moteur 11, via une boîte de dégazage 25. De manière classique, une pompe principale 26 fait circuler le fluide de refroidissement dans le moteur 11. La pompe 26 est disposée sur la première conduite de sortie de fluide 15 débouchant dans le moteur 11 en provenance du boîtier 14.
[0028] Le circuit de refroidissement 10 présente une troisième conduite de sortie 28 en provenance du boîtier 14 vers un aérotherme 30 disposé dans l'habitacle du véhicule et une troisième conduite d’entrée 31 en provenance de l’aérotherme 30 vers la première conduite de sortie 15 du boîtier 14 vers le moteur thermique 11.
[0029] Le boîtier 14 comprend une première enceinte 33 et une deuxième enceinte 34. La première enceinte 33 porte une sortie débouchant dans la troisième conduite de sortie 28 vers l’aérotherme 30 et une sortie débouchant dans la deuxième conduite de sortie 19 vers le radiateur 22. Pour le passage de fluide précédemment mentionné entre le moteur et le boîtier 14, la première enceinte 33 du boîtier 14 comporte une entrée directement connectée au moteur 11 pour recevoir du fluide sortant du moteur 11, cette entrée étant visible mais non référencée sur la figure 1. Un thermostat 35 est apte à contrôler une quantité de fluide caloporteur circulant vers le radiateur 22 en fonction d'une température du moteur thermique
11. A cet effet, le thermostat 35 obture ou ouvre au moins partiellement la sortie de la première enceinte 33 vers le radiateur 22 en fonction de la température du moteur 11.
[0030] La deuxième enceinte 34 comporte une sortie débouchant dans la première conduite de sortie 15 du boîtier 14 vers le moteur thermique 11 et deux entrées dont l’une reçoit la deuxième conduite d’entrée 20 provenant du radiateur 22 et l’autre reçoit une extrémité aval de la première conduite d’entrée 16 de fluide débouchant dans le boîtier 14 en provenance du moteur 11 en passant par au moins l'échangeur de chaleur 17 du fluide caloporteur avec au moins un élément associé au moteur.
[0031] Un clapet auxiliaire de pression pourra le cas échéant être disposé entre, d’une part, le ou les passages entre les deux enceintes 33, 34 et, d’autre part, l’entrée du boîtier 14 pour la circulation de fluide en provenance du radiateur 22 et la sortie du boîtier 14 pour la circulation de fluide en direction de la portion d’entrée du circuit interne au moteur 11 par la première conduite de sortie du boîtier 14 vers le moteur 11.
[0032] Il est également prévu un circuit d'alimentation en fluide 37 monté en dérivation de la deuxième conduite d’entrée 20 pour alimenter en fluide caloporteur l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12 et un échangeur de chaleur de turbocompresseur 40. Une sortie de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesse 12 et une sortie de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur 40 sont connectées à une conduite de retour 41 assurant un retour du fluide caloporteur vers le moteur thermique 11.
[0033] A cet effet, une dérivation 42 branchée sur la deuxième conduite d'entrée 20 est connectée d'une part à l'échangeur de chaleur de turbocompresseur 40 via une conduite 43 et d'autre part en parallèle à l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12 via une conduite 44. Le flux de fluide issu de la deuxième conduite d'entrée 20 est ainsi séparé entre un premier flux parcourant l'échangeur de chaleur de turbocompresseur 40 et un deuxième flux parcourant l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12. Les sorties de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur 40 et de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12 sont connectés à la conduite de retour 41 respectivement via des conduites 46 et 47.
[0034] La conduite de retour 41 est avantageusement connectée à la première conduite de sortie 15 via un piquage 48. Un clapet anti-retour 50 est monté en amont du piquage de retour 48. En outre, la conduite de retour 41 est connectée à la deuxième conduite de sortie 19.
[0035] Une pompe 51 est apte à faire circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du radiateur 22 lorsque le thermostat 35 est fermé et/ou lorsque le moteur thermique 11 est arrêté, comme cela est décrit plus en détails ci-après. Un clapet anti-retour 52 est monté entre la pompe 51 et un piquage 53 avec la deuxième conduite de sortie 19.
[0036] On décrit ci-après, en référence avec les figures 2a, 2b, 2c, le fonctionnement du circuit de refroidissement 10 selon la présente invention suivant différentes phases de vie du moteur thermique 11.
[0037] Comme cela est illustré par la figure 2a, lorsque le thermostat 35 est fermé, le fluide caloporteur issu du moteur thermique 11 est apte à circuler dans l’échangeur de chaleur de la boîte de vitesses 12 et l'échangeur de turbocompresseur 40. Le sens de circulation du fluide est représenté par les flèches F1. Ainsi, cela permet de chauffer la boîte de vitesses lors du démarrage du véhicule et ainsi réduire les pertes par frottement.
[0038] Comme cela est illustré par la figure 2b, lorsque le thermostat 35 est ouvert, le fluide caloporteur de la deuxième conduite d'entrée 20 issu du radiateur 22 est apte à passer dans l'échangeur de la boîte de vitesses 12 et l'échangeur de turbocompresseur 40. Le sens de circulation du fluide est représenté par les flèches F2. Ainsi, lorsque le moteur thermique 11 est chaud, on peut refroidir la boîte de vitesses et le turbocompresseur en profitant du fluide caloporteur sortant du radiateur 22 qui est à la température la plus basse du circuit.
[0039] Comme cela est illustré par la figure 2c, lorsqu'il existe un besoin de refroidissement de la boîte de vitesses ou du turbocompresseur alors que le moteur thermique 11 est arrêté par exemple lors d'un arrêt au feu rouge ou lors de l'activation d'un mode de traction électrique, l’activation de la pompe 51 permet de faire circuler du fluide caloporteur dans les échangeurs de chaleur 12, 40 de ces deux composants tout en le faisant passer par le radiateur 22. Le sens de circulation du fluide est représenté par les flèches F3. La pompe 51 est également apte à faire circuler le fluide caloporteur suivant les flèches F3 à l'intérieur du radiateur 22 lorsque le thermostat 35 est fermé.
[0040] En variante, comme cela est illustré par la figure 3, la conduite de retour 41 est connectée, non pas sur la première conduite de sortie 15, mais sur la deuxième conduite d'entrée 20 en provenance du radiateur 22 via un piquage 54. Un clapet anti-retour 50' est monté en amont du piquage 54.
[0041] Suivant une autre variante de réalisation illustrée par la figure 4, un composant additionnel 55 est monté en parallèle par rapport à l'échangeur de la boîte de vitesses 12 et l'échangeur de turbocompresseur 40. A cet effet, le composant 55 est relié à la dérivation 42 via une conduite 58 branchée en parallèle des conduites 43 et 44. La sortie du composant 55 est connectée à la conduite de retour 41. Ce composant 55 est par exemple un échangeur de chaleur d'un onduleur de machine électrique tournante.
REVENDICATIONS
Claims (10)
1. Circuit de refroidissement (10) pour groupe motopropulseur muni d'un moteur thermique (11 ) et d'une boîte de vitesses associée à un échangeur de chaleur (12), ledit circuit de refroidissement (10) comportant:
- un boîtier (14) de sortie d’un fluide caloporteur comportant des premières conduites de sortie (15) et d'entrée (16) débouchant respectivement dans le moteur thermique (11) et dans le boîtier (14) en provenance du moteur thermique (11),
- des deuxièmes conduites de sortie (19) et d’entrée (20) débouchant respectivement dans un radiateur (22) et dans le boîtier (14) en provenance du radiateur (22),
- un thermostat (35) apte à contrôler une quantité de fluide caloporteur circulant vers le radiateur (22) en fonction d'une température du moteur thermique (11), caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (10) comporte en outre un circuit d'alimentation en fluide (37) monté en dérivation de la deuxième conduite d’entrée (20) pour alimenter en fluide caloporteur l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et un échangeur de chaleur de turbocompresseur (40), et en ce qu'une conduite de retour (41) est apte à assurer un retour du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et de l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40) vers le moteur thermique (11 ).
2. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en fluide (37) est configuré de telle façon que, lorsque le thermostat (35) est fermé, le fluide caloporteur issu du moteur thermique (11) est apte à passer dans l’échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40).
3. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractériséLen ce que le circuit d'alimentation en fluide (37) est configuré de telle façon que, lorsque le thermostat (35) est ouvert, le fluide caloporteur de la deuxième conduite d'entrée (20) issu du radiateur (22) est apte à passer dans l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et dans l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40).
4. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite de retour (41) est connectée à la deuxième conduite de sortie (19) et en ce qu'une pompe (51) est apte à faire circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du radiateur (22) lorsque le thermostat (35) est fermé et/ou lorsque le moteur thermique (11) est arrêté.
5. Circuit de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un clapet antiretour (52) est monté entre la pompe (51) et un piquage (53) de la conduite de retour (41) sur la deuxième conduite de sortie (19).
6. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la conduite de retour (41) est connectée à la première conduite de sortie (15) via un piquage (48).
7. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la conduite de retour (41) est connectée à la deuxième conduite d’entrée (20) en provenance du radiateur (22) via un piquage (54).
8. Circuit de refroidissement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (50, 50') est monté en amont du piquage (48, 54).
9. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un composant additionnel (55), tel qu’un échangeur de chaleur pour un onduleur de machine électrique tournante, est monté en parallèle par rapport à l'échangeur de chaleur de la boîte de vitesses (12) et l'échangeur de chaleur de turbocompresseur (40).
10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de refroidissement tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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