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EP0571248A1 - Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique comprenant un condenseur - Google Patents

Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique comprenant un condenseur Download PDF

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EP0571248A1
EP0571248A1 EP93401224A EP93401224A EP0571248A1 EP 0571248 A1 EP0571248 A1 EP 0571248A1 EP 93401224 A EP93401224 A EP 93401224A EP 93401224 A EP93401224 A EP 93401224A EP 0571248 A1 EP0571248 A1 EP 0571248A1
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EP
European Patent Office
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fluid
condenser
pump
stop member
outlet
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Withdrawn
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EP93401224A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ngy Srun Ap
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Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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Publication date
Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P3/2271—Closed cycles with separator and liquid return
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/029—Expansion reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/04—Lubricant cooler
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    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control

Definitions

  • the invention relates to the cooling of a heat engine, in particular in a motor vehicle.
  • the invention relates to a device for cooling an internal combustion engine, in which a cooling fluid is used which is brought to a boil in the engine, leaves the latter in the vapor phase and liquid phase states, and is then condensed before returning, in the liquid phase state, to the engine.
  • a cooling device of this type operates in a mode called "two-phase", since the cooling fluid, generally a mixture of water and antifreeze, is present in two distinct phases, one in the state liquid, and the other in the vapor state.
  • a known cooling device comprises a condenser comprising an inlet for a coolant in the vapor phase to be condensed and an outlet for the condensed and cooled fluid, a phase separator, a fluid circulation pump as well as an expansion tank .
  • This known device has some drawbacks.
  • the fluid in the liquid phase does not pass through the condenser to reach boiling in the engine as quickly as possible.
  • the fluid enters the expansion tank at a higher temperature than the liquid which is already there and the fluid leaving the tank to reach the engine is at a lower temperature than that of the fluid which leaves it , which does not make it possible to quickly obtain suitable cooling of the engine.
  • the fluid leaving the separator arrives at the vessel expansion under a high temperature to then be reinjected into the cooling circuit, which also does not ensure good cooling of the engine.
  • the object of the invention is to provide a cooling device ensuring with simple means optimal cooling of the engine under all operating conditions thereof, from cold start to operation at high load.
  • the condenser further comprises an inlet for fluid in the liquid phase to be cooled, and this device comprises a three-way thermostatic valve capable of directing the fluid in the liquid state coming from the separator. , depending on the temperature of the fluid, directly to the pump for the lowest temperatures, to the condenser liquid inlet for the highest temperatures and partly to each of these two destinations for the intermediate temperatures.
  • the illustrated cooling device is intended to cool the heat engine 1 of a motor vehicle. It uses a cooling fluid which circulates between the engine 1 and a condenser 2 partially filled with this fluid, the latter entering the engine in liquid phase by an inlet 3 and coming out, through an outlet 4, if necessary at least partially. in vapor phase, depending on engine operating conditions.
  • a pipe 5 brings the fluid from the outlet 4 to a vapor-liquid separator 6 at the bottom of which the liquid phase is evacuated by a pipe 7.
  • the possible vapor phase is brought by a pipe 8 from the separator 6 to a steam inlet 9 of the condenser which opens into an inlet chamber 10, above the liquid level in the condenser.
  • the fluid After condensation in the condenser, the fluid exits through an outlet 11 opening into an outlet chamber 12, below the level of liquid in the condenser.
  • a line 13 brings the fluid from the outlet 11 into an expansion tank 14 which is also partially filled with cooling fluid in the liquid phase.
  • Another pipe 15 goes from the expansion tank 14 to a circulation pump 16, through a stop member 17. The two pipes 13 and 15 open into the expansion tank 14 below the liquid level in that -this.
  • Driving 18 brings the liquid from the pump 16 to the inlet 3 of the engine through a radiator for heating the passenger compartment 19.
  • a water-oil exchanger 20, used for cooling the lubricating oil of the engine 1 is interposed on a line 21 which is branched between line 18 and line 5.
  • the flow of fluid produced by the pump 16 is therefore shared between a fraction passing through the motor 1 and a fraction passing through the exchanger 20.
  • Line 7 leads to an inlet 22 of a three-way thermostatic valve 23 which has the function of directing a variable fraction of the fluid in the liquid phase which it receives towards the condenser 2, so as to adapt the cooling capacity of the device needs to.
  • a pipe 24 connects an outlet 25 of the valve 23 to a liquid inlet 26 of the condenser opening out, below the level of liquid therein, in an intermediate chamber 27 through which the fluid entered in phase passes. steam in the inlet chamber 10, after partial condensation and before exiting through the outlet chamber 12.
  • Another pipe 28 connects a second outlet 29 of the valve 23 to the pipe 15, upstream of the stop member 17.
  • the liquid arriving at the valve 23 via the pipe 7 can therefore exit from it through the opening 29 to reach the pump 16 directly through the pipes 28 and 15, or through the opening 25 to pass through the condenser before reaching also to the pump through line 13, the expansion tank 14 and line 15, or both through openings 25 and 29.
  • the position of a shutter member 30, controlled by temperature determines the fraction of the flow allocated to each of these two tr ajets, between 0 and 100%.
  • Figure 1 corresponds to the cold engine start period, the coolant not having yet reached its boiling point. All of the fluid leaving the engine in liquid phase passes through line 7 and then through line 28, the movable member 30 closing the outlet 25 of the thermostatic valve 23. This allows a rapid rise in temperature of the engine.
  • thermocontact 31 in thermal contact for example with the fluid contained in the separator 6 controls a motor-fan 32 to produce a forced air current through the condenser 2. This thermocontact could also be placed on the thermostatic valve 23.
  • a line 33 ensures gas communication between the intermediate chamber 27 of the condenser 2 and the expansion tank 14, above the level of liquid in these two components.
  • the stop member 17 keeps the amount of cooling fluid contained in the engine 1 constant, preventing fluid from entering the condenser by gravity when the pump is stopped.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Le condenseur (2) reçoit d'une part la phase vapeur du fluide de refroidissement sortant du moteur (1), séparée par un séparateur liquide-vapeur (6), d'autre part une fraction de la phase liquide, variable en fonction de la température du fluide, grâce à une vanne thermostatique à trois voies (23).
La vanne thermostatique assure une adaptation automatique de la capacité de refroidissement du dispositif aux besoins.

Description

  • L'invention concerne le refroidissement d'un moteur thermique, notamment dans un véhicule automobile.
  • L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel on utilise un fluide de refroidissement qui est porté à ébullition dans le moteur, quitte ce dernier à l'état de phase vapeur et de phase liquide, et est ensuite condensé avant de retourner, à l'état de phase liquide, vers le moteur.
  • Un dispositif de refroidissement de ce type fonctionne selon un mode qualifié de "diphasique", étant donné que le fluide de refroidissement, généralement un mélange d'eau et d'antigel, est présent sous deux phases distinctes, l'une à l'état de liquide, et l'autre à l'état de vapeur.
  • Un dispositif de refroidissement connu comprend un condenseur comportant une entrée pour un fluide de refroidissement en phase vapeur à condenser et une sortie pour le fluide condensé et refroidi, un séparateur de phases, une pompe de circulation de fluide ainsi qu'un vase d'expansion.
  • Ce dispositif connu présente quelques inconvénients.
  • En effet, en configuration démarrage, le fluide en phase liquide ne traverse pas le condenseur pour arriver à ébullition dans le moteur le plus rapidement possible. Dans cette configuration, le fluide pénètre dans le vase d'expansion à une température plus élevée que le liquide qui s'y trouve déjà et le fluide sortant du vase pour arriver au moteur est à une température plus basse que celle du fluide qui en ressort, ce qui ne permet pas d'obtenir rapidement un refroidissement convenable du moteur.
  • En outre, dans les configurations faibles charges et fortes charges, le fluide sortant du séparateur arrive au vase d'expansion sous une température élevée pour être ensuite réinjecté dans le circuit de refroidissement, ce qui ne permet pas également d'assurer un bon refroidissement du moteur.
  • Le but de l'invention est de fournir un dispositif de refroidissement assurant avec des moyens simples un refroidissement optimal du moteur dans toutes les conditions de fonctionnement de celui-ci, du démarrage à froid au fonctionnement à forte charge.
  • A cet effet, dans le dispositif selon l'invention, le condenseur comporte en outre une entrée de fluide en phase liquide à refroidir, et ce dispositif comprend une vanne thermostatique à trois voies propre à diriger le fluide à l'état liquide provenant du séparateur, en fonction de la température du fluide, directement vers la pompe pour les températures les plus basses, vers l'entrée de liquide du condenseur pour les températures les plus élevées et pour partie vers chacune de ces deux destinations pour les températures intermédiaires.
  • Des caractéristiques optionnelles avantageuses de ce dispositif sont énoncées ci-après :
    • Le vase d'expansion comprend une région inférieure emplie du fluide en phase liquide, interposée entre la sortie du condenseur et la pompe, et qui est en communication en phase vapeur avec le condenseur au-dessus du niveau du liquide dans le condenseur et dans le vase d'expansion.
    • Il comprend un organe d'arrêt propre à interdire l'écoulement du fluide en phase liquide vers la sortie du condenseur en sens contraire du sens de circulation imposé par la pompe, lorsque celle-ci est au repos.
    • L'organe d'arrêt est disposé entre la sortie du condenseur et la pompe.
    • L'organe d'arrêt est disposé en aval du vase d'expansion.
    • L'organe d'arrêt est une électrovanne normalement fermée et commandée en ouverture lorsque la pompe est entraînée.
    • L'organe d'arrêt est un clapet anti-retour qui s'ouvre sous l'effet d'un écart de pression produit par la pompe.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
       - les figures 1, 2 et 3 sont des schémas d'un dispositif selon l'invention correspondant à différentes conditions de fonctionnement du moteur à refroidir.
  • Le dispositif de refroidissement illustré est destiné à refroidir le moteur thermique 1 d'un véhicule automobile. Il utilise un fluide de refroidissement qui circule entre le moteur 1 et un condenseur 2 partiellement rempli de ce fluide, ce dernier entrant dans le moteur en phase liquide par une entrée 3 et en ressortant, par une sortie 4, le cas échéant au moins partiellement en phase vapeur, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
  • Une conduite 5 amène le fluide de la sortie 4 à un séparateur vapeur-liquide 6 à la partie inférieure duquel la phase liquide est évacuée par une conduite 7. La phase vapeur éventuelle est amenée par une conduite 8 du séparateur 6 à une entrée de vapeur 9 du condenseur qui débouche dans une chambre d'entrée 10, au-dessus du niveau de liquide dans le condenseur. Après condensation dans le condenseur, le fluide en ressort par une sortie 11 débouchant dans une chambre de sortie 12, au-dessous du niveau de liquide dans le condenseur. Une conduite 13 amène le fluide de la sortie 11 dans un vase d'expansion 14 qui est lui aussi partiellement rempli de fluide de refroidissement en phase liquide. Une autre conduite 15 va du vase d'expansion 14 à une pompe de circulation 16, à travers un organe d'arrêt 17. Les deux conduites 13 et 15 débouchent dans le vase d'expansion 14 au-dessous du niveau de liquide dans celui-ci. Une conduite 18 ramène le liquide de la pompe 16 à l'entrée 3 du moteur à travers un radiateur de chauffage de l'habitacle 19. Un échangeur eau-huile 20, servant au refroidissement de l'huile de lubrification du moteur 1, est interposé sur une conduite 21 qui est branchée en dérivation entre la conduite 18 et la conduite 5. Le débit de fluide produit par la pompe 16 est donc partagé entre une fraction traversant le moteur 1 et une fraction traversant l'échangeur 20.
  • La conduite 7 aboutit à une entrée 22 d'une vanne thermostatique à trois voies 23 qui a pour fonction de diriger une fraction variable du fluide en phase liquide qu'elle reçoit vers le condenseur 2, de façon à adapter la capacité de refroidissement du dispositif aux besoins. A cet effet, une conduite 24 relie une sortie 25 de la vanne 23 à une entrée de liquide 26 du condenseur débouchant, au-dessous du niveau de liquide dans celui-ci, dans une chambre intermédiaire 27 par laquelle passe le fluide entré en phase vapeur dans la chambre d'entrée 10, après condensation partielle et avant de ressortir par la chambre de sortie 12. Une autre conduite 28 raccorde une seconde sortie 29 de la vanne 23 à la conduite 15, en amont de l'organe d'arrêt 17. Le liquide arrivant à la vanne 23 par la conduite 7 peut donc en ressortir par l'ouverture 29 pour parvenir directement à la pompe 16 à travers les conduites 28 et 15, ou par l'ouverture 25 pour traverser le condenseur avant de parvenir également à la pompe à travers la conduite 13, le vase d'expansion 14 et la conduite 15, ou à la fois par les ouvertures 25 et 29. La position d'un organe d'obturation 30, commandée par la température, détermine la fraction du débit affecté à chacun de ces deux trajets, entre 0 et 100%.
  • La figure 1 correspond à la période de démarrage du moteur à froid, le fluide de refroidissement n'ayant pas encore atteint sa température d'ébullition. La totalité du fluide sortant du moteur en phase liquide passe dans la conduite 7 puis dans la conduite 28, l'organe mobile 30 obturant la sortie 25 de la vanne thermostatique 23. Ceci permet une montée en température rapide du moteur.
  • Lorsque la température du fluide est voisine de son point d'ébullition, les sorties 25 et 29 sont toutes deux dégagées, de sorte qu'une fraction du fluide en phase liquide passant par la vanne 23 traverse le condenseur 2 pour être refroidi et y rejoint le condensat du fluide amené dans celui-ci en phase vapeur par la conduite 8. Cette configuration, illustrée par la figure 2, correspond au fonctionnement normal du moteur.
  • Lorsqu'une charge particulièrement forte du moteur nécessite une capacité de refroidissement maximale, la sortie 29 de la vanne 23 est obturée comme montré à la figure 3, de sorte que la totalité du fluide sortant du moteur traverse le condenseur 2, en y entrant en phase vapeur par la conduite 8, et en phase liquide par la conduite 24.
  • Un thermocontact 31 en contact thermique par exemple avec le fluide contenu dans le séparateur 6 commande un moto-ventilateur 32 pour produire un courant d'air forcé à travers le condenseur 2. Ce thermocontact pourrait également être placé sur la vanne thermostatique 23.
  • Une conduite 33 assure une communication gazeuse entre la chambre intermédiaire 27 du condenseur 2 et le vase d'expansion 14, au-dessus du niveau de liquide dans ces deux composants.
  • L'organe d'arrêt 17 permet de maintenir constante la quantité de fluide de refroidissement contenue dans le moteur 1 en évitant que du fluide pénètre par gravité dans le condenseur, lorsque la pompe est arrêtée.

Claims (7)

  1. Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique (1), comprenant un condenseur (2) comportant une entrée (9) pour un fluide de refroidissement en phase vapeur à condenser et une sortie (11) pour le fluide condensé et refroidi, un séparateur de phases (6), une pompe (16) de circulation de fluide ainsi qu'un vase d'expansion (14), caractérisé en ce que le condenseur comporte en outre une entrée (26) de fluide en phase liquide à refroidir, et en ce que le dispositif comprend une vanne thermostatique à trois voies (23) propre à diriger le fluide à l'état liquide provenant du séparateur, en fonction de la température du fluide, directement vers la pompe pour les températures les plus basses, vers l'entrée de liquide du condenseur pour les températures les plus élevées et pour partie vers chacune de ces deux destinations pour les températures intermédiaires.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vase d'expansion (14) comprend une région inférieure emplie du fluide en phase liquide, interposée entre la sortie du condenseur et la pompe, et qui est en communication gazeuse avec le condenseur au-dessus du niveau du liquide dans le condenseur et dans le vase d'expansion.
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un organe d'arrêt (17) propre à interdire l'écoulement du fluide en phase liquide vers la sortie du condenseur en sens contraire du sens de circulation imposé par la pompe, lorsque celle-ci est au repos.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'arrêt est disposé entre la sortie du condenseur et la pompe.
  5. Dispositif selon la revendication 4, rattachée à la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'arrêt est disposé en aval du vase d'expansion.
  6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'organe d'arrêt est une électrovanne normalement fermée et commandée en ouverture lorsque la pompe est entraînée.
  7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'organe d'arrêt est un clapet anti-retour qui s'ouvre sous l'effet d'un écart de pression produit par la pompe.
EP93401224A 1992-05-19 1993-05-13 Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique comprenant un condenseur Withdrawn EP0571248A1 (fr)

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FR9206066 1992-05-19
FR9206066A FR2691504B1 (fr) 1992-05-19 1992-05-19 Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique comprenant un condenseur.

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BR (1) BR9301925A (fr)
FR (1) FR2691504B1 (fr)
MX (1) MX9302908A (fr)

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FR2691504A1 (fr) 1993-11-26
MX9302908A (es) 1993-11-01
FR2691504B1 (fr) 1994-07-08
JPH0666140A (ja) 1994-03-08
BR9301925A (pt) 1993-11-23

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