FR2676401A1 - Method for cooling the engine and air conditioning of vehicles and device for implementing it - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de réaliser de façon particulièrement économique le refroidissement du moteur et la climatisation d'un véhicule. The present invention relates to a method and a device making it possible to achieve a particularly economical way of cooling the engine and air conditioning of a vehicle.
D'une façon générale, le refroidissement du moteur thermique drun véhicule est assuré par un échangeur dont les caractéristiques sont déterminées en fonction de la puissance calorifique à dissiper. In general, the cooling of the heat engine of a vehicle is ensured by an exchanger whose characteristics are determined as a function of the calorific power to be dissipated.
La circulation du liquide à refroidir dans cet échangeur est réglée par un dispositif thermostatique de manière que le liquide ramené aux chemises du moteur se trouve toujours à une température suffisamment élevée pour assurer les meilleures performances possibles à ce moteur. The circulation of the liquid to be cooled in this exchanger is regulated by a thermostatic device so that the liquid returned to the jackets of the engine is always at a temperature high enough to ensure the best possible performance for this engine.
Par ailleurs, pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, il est prévu un second échangeur, dit aérotherme, qui est constamment parcouru par le liquide à refroidir provenant des chemises du moteur. En d'autres termes, l'aérotherme est alimenté de façon continue pour que sa température soit maintenue constante au voisinage de 85" et l'échangeur de refroidissement en est indépendant, la vitesse de circulation du liquide étant elle-même réglée pour satisfaire aux conditions d'utilisation. Furthermore, for heating the passenger compartment of the vehicle, there is provided a second exchanger, said air heater, which is constantly traversed by the liquid to be cooled coming from the jackets of the engine. In other words, the air heater is continuously supplied so that its temperature is kept constant near 85 "and the cooling exchanger is independent, the speed of circulation of the liquid being itself adjusted to meet the Terms of use.
L'invention vise à simplifier grandement les dispositifs existants en permettant d'assurer la fonction de refroidissement du moteur et la fonction de climatisation par un seul et même échangeur dont la capacité d'échange the > -mique cox espond à celle de l'échangeur normalement utilisé pour le moteur. The invention aims to greatly simplify existing devices by ensuring the engine cooling function and the air conditioning function by a single exchanger whose exchange capacity the> -mique cox espond to that of the exchanger normally used for the engine.
c'est-à-dire que la mise en oeuvre de l'invention permet d'économiser l'aérotherme de chauffage. les moyens pour sa régulation et pour son 3 limentation tout en permettant une climatisation dite instantanée par un volet de contrôle de l'air admis dans l'habitable du véhicule exactement de la même manière que cela est obtenu lorsqu'un aérotherme est prévu. that is to say that the implementation of the invention saves the heating air heater. the means for its regulation and for its supply while allowing so-called instant air conditioning by an air control flap admitted into the vehicle interior in exactly the same way as is obtained when an air heater is provided.
Conformément à l'invention, le procédé pour le refroidissement du moteur et la climatisation de véhicules dans lequel on détermine les caractéristiques d'un échangeur de chaleur de refroidissement pour un moteur et des conditions d'utilisation déterminées de celui-ci est caractérisé en ce qu'on fait tout d'abord circuler le liquide à refroidir dans une première partie seulement de l'échangeur pour provoquer le chauffage rapide d'une veine d'air traversant cette partie de ltéchangeur, en ce qu t on établit une circulation progressive du liquide à refroidir dans une seconde partie de ltéchangeur lorsqu'un seuil de température est dépassé dans la première partie de ltéchangeur et en ce qu'on dirige tout ou partie de la veine d'air chauffé dans ladite première partie de l'échangeur dans un conduit menant à des buses de chauffage/désembuage ou dans une tubulure d'évacuation. According to the invention, the method for the cooling of the engine and the air conditioning of vehicles in which the characteristics of a cooling heat exchanger for an engine and determined conditions of use thereof are determined. that first of all the liquid to be cooled is circulated in only a first part of the exchanger to cause rapid heating of a stream of air passing through this part of the exchanger, in that a progressive circulation is established liquid to be cooled in a second part of the exchanger when a temperature threshold is exceeded in the first part of the exchanger and in that all or part of the stream of heated air is directed in said first part of the exchanger in a duct leading to heating / demisting nozzles or into a discharge pipe.
Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, l'invention crée un dispositif pour le refroidissement du moteur et la climatisation d'un véhicule, dispositif qui comporte un échangeur composite du type à tubes et dissipateurs, les tubes étant tous alimentés en liquide à refroidir par une boîte à eau d'entrée et étant séparés en deux faisceaux par une cloison transversale d'une bote à eau de sortie, au moins un clapet thermostatique étant monté en amont d'un tube de sortie. For the implementation of the above method, the invention creates a device for cooling the engine and air conditioning of a vehicle, device which comprises a composite exchanger of the tube and dissipator type, the tubes all being supplied with liquid. to be cooled by an inlet water box and being separated into two bundles by a transverse partition of an outlet water box, at least one thermostatic valve being mounted upstream of an outlet tube.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics of the invention will also emerge from the detailed description which follows.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées. à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. Embodiments of the object of the invention are shown. by way of nonlimiting examples, in the accompanying drawing.
La fig. 1 montre en élévation, de façon schématique, le dispositif de climatisation de l'invention. Fig. 1 shows in elevation, schematically, the air conditioning device of the invention.
La fig. 2 est une élévation schématique vue sensiblement suivant la ligne II-II de la fig. 1. Fig. 2 is a schematic elevation seen substantially along line II-II of FIG. 1.
La fig. 3 est une coupe schématique, à plus grande échelle, d'une partie d'un échangeur de chaleur apparaissant aux figures précédentes. Fig. 3 is a diagrammatic section, on a larger scale, of a part of a heat exchanger appearing in the preceding figures.
La fig. 4 est une coupe partielle schématique d'une variante de réalisation de l'échangeur de chaleur que comporte le dispositif des figures précédentes. Fig. 4 is a schematic partial section of an alternative embodiment of the heat exchanger that includes the device of the previous figures.
La fig. 5 est une coupe, à plus grande échelle, vue suivant la ligne V-V de la fig. 1 et illustrant une caractéristique particulière d'une partie du dispositif. Fig. 5 is a section, on a larger scale, seen along the line V-V of FIG. 1 and illustrating a particular characteristic of a part of the device.
Au dessin, la référence 1 désigne un véhicule routier qui comporte un groupe moto-propulseur 2 représenté monté à l'arrière du véhicule mais qui pourrait indifféremment être disposé d'autres façons, par exemple à l'avant, en position centrale, voire sous le plancher. In the drawing, the reference 1 designates a road vehicle which comprises a powerplant 2 shown mounted at the rear of the vehicle but which could equally be arranged in other ways, for example at the front, in the central position, or even under floor.
Au moins les chemises de refroidissement du moteur du groupe moto-propulseur 2 sont reliées par un tube d'entrée 3 à la boîte à eau d'entrée 4 d'un échangeur de chaleur 5 dénommé dans ce qui suit échangeur composite. At least the cooling jackets of the engine of the powertrain 2 are connected by an inlet tube 3 to the inlet water box 4 of a heat exchanger 5 called in the following composite exchanger.
La boîte à eau de sortie 6 de l'échangeur composite est, par ailleurs reliée salement au moins aux chemises de refroidissement du moteur du groupe moto-propulseur 2 par un tube de sortie 7. The outlet water box 6 of the composite exchanger is moreover connected at least dirty to the cooling jackets of the engine of the powertrain 2 by an outlet tube 7.
L'échangeur composite 5 comporte de façon connue des tubes de circulation 8 et des dissipateurs secondaires 9 constitués par exemple par des intercalaires ondulés. Les extrémités des tubes 8 sont engagées dans des plaques collectrices 10, 11 respec tivement recouvertes par les boîtes à eau 4 et 6. The composite exchanger 5 comprises, in known manner, circulation tubes 8 and secondary dissipators 9 constituted for example by corrugated spacers. The ends of the tubes 8 are engaged in collecting plates 10, 11 respectively covered by the water boxes 4 and 6.
La boîte à eau de sortie 6 comporte intérieurement une cloison transversale 12 délimitant deux compartiments 13 et 14. La présence de la cloison 12 fait que les tubes 8 et dissipateurs 9 forment deux faisceaux distincts 13a, 14acorrespondant respectivement aux compartiments 13 et 14. The outlet water box 6 internally comprises a transverse partition 12 delimiting two compartments 13 and 14. The presence of the partition 12 means that the tubes 8 and dissipators 9 form two separate bundles 13a, 14 corresponding respectively to the compartments 13 and 14.
La dimension des faisceaux 13â, 14est calculée de façon que ces faisceaux permettent de dissiper ensemble toutes les calories produites par le moteur, c'est-à-dire encore que les deux faisceaux 13g et 14 correspondent à un faisceau de radiateur normal de refroidissement. The size of the bundles 13a, 14 is calculated so that these bundles make it possible to dissipate all the calories produced by the engine, that is to say again that the two bundles 13g and 14 correspond to a normal radiator cooling beam.
Le faisceau 13g plus petit que le faisceau 14ê est calculé pour que ses caractéristiques de dissipation thermique correspondent à celles d'un aérotherme de chauffage pour le véhicule 1 considéré. The beam 13g smaller than the beam 14ê is calculated so that its heat dissipation characteristics correspond to those of a heating air heater for the vehicle 1 considered.
Comme l'illustre la fig. 3, le compartiment 13 de la boîte à eau de sortie 6 est relié par une tubulure 15 figurée à l'extérieur de la boîte à eau 6 mais qui pourrait être formée à l'intérieur de celle-ci. La tubulure 15 débouche dans le tube de sortie 7 qui est également relié à la sortie du compartiment 14. As illustrated in fig. 3, the compartment 13 of the outlet water box 6 is connected by a tube 15 shown on the outside of the water box 6 but which could be formed inside the latter. The tubing 15 opens into the outlet tube 7 which is also connected to the outlet of the compartment 14.
Un clapet thermostatique 16 est disposé dans le conduit de sortie 7 pour contrôler la communication entre le compartiment 14 et le tube de sortie 7 en dépendance de la température du fluide ayant traversé le faisceau 13a-
Ce qui précède montre qu'en début de fonctionnement, le clapet thermostatique 16 est fermé de sorte que le fluide chaud provenant du moteur et amené à la boîte à eau d'entrée 4 ne peut circuler que dans le faisceau 13a. ce qui fait que la température du liquide s'élève rapidement compte tenu de la capacite de dissipation faible de ce faisceau. A thermostatic valve 16 is disposed in the outlet duct 7 to control the communication between the compartment 14 and the outlet tube 7 depending on the temperature of the fluid having passed through the bundle 13a-
The above shows that at the start of operation, the thermostatic valve 16 is closed so that the hot fluid coming from the engine and brought to the inlet water box 4 can only circulate in the bundle 13a. what makes that the temperature of the liquid rises quickly taking into account the capacity of weak dissipation of this beam.
Lorsque la température dans le compartiment 13 s'élève, le clapet thermostatique 16 est progressivement ouvert et une circulation s'établit corrélativement dans le faisceau 14 de refroidissement. La circulation n'étant pas freinée dans le faisceau 13g demeure prépondérante de sorte que la dissipation thermique est toujours maximale dans ce faisceau. When the temperature in the compartment 13 rises, the thermostatic valve 16 is gradually opened and a circulation is established correlatively in the cooling bundle 14. The circulation is not braked in the beam 13g remains preponderant so that the heat dissipation is always maximum in this beam.
La fig. 4 illustre une variante selon laquelle le tube de sortie 7 figuré par une durite 17 est engagé sur un manchon 18 fixé, par exemple vissé, sur un embout 19 communiquant avec le compartiment 13. Le manchon 18 supporte intérieurement, par des ailettes 20 ou d'autres moyens analogues, un clapet thermostatique 16g qui contrôle l'ouverture respectivement la fermeture d'une lumière 21 prévue dans la cloison transversale 12. Fig. 4 illustrates a variant in which the outlet tube 7 represented by a hose 17 is engaged on a sleeve 18 fixed, for example screwed, on a nozzle 19 communicating with the compartment 13. The sleeve 18 supports internally, by fins 20 or d 'other similar means, a thermostatic valve 16g which controls the opening respectively the closing of a light 21 provided in the transverse partition 12.
Dans cette réalisation, la lumière 21 est normalement fermée lorsque le fluide de refroidissement du moteur est froid. En début de fonctionnement, la circulation s'établit seulement par le faisceau 13 puisque le compartiment 14 est isolé du compartiment 13. Le fluide circulant par le faisceau 13a est évacué par le tube de sortie 7. In this embodiment, the lumen 21 is normally closed when the engine coolant is cold. At the start of operation, the circulation is established only by the beam 13 since the compartment 14 is isolated from the compartment 13. The fluid circulating by the beam 13a is evacuated by the outlet tube 7.
Lorsque la température croît au-delà d'un seuil déterminé à l'avance, le clapet thermostatique 16a ouvre progressivement la lumière 21 de sorte que du fluide à refroidir peut circuler par le faisceau 14ê, la circulation demeurant toutefois toujours préférentielle dans le faisceau 13a
La réalisation selon la fig. & permet de supprimer la tubulure 15 et de ne mettre en oeuvre qu'une seule durite 17.When the temperature increases beyond a predetermined threshold, the thermostatic valve 16a progressively opens the lumen 21 so that the fluid to be cooled can circulate by the beam 14ê, the circulation however always remaining preferential in the beam 13a
The embodiment according to fig. & allows the tubing 15 to be eliminated and only one hose 17 to be used.
A titre de variante. le fluide provenant du moteur peut etre amené par le tube 7 pour établir une circulation dans le sens contraire à celui considéré dans ce qui précède. Dans ce cas, la circulation est toujours établie de façon prépondérante dans le faisceau 13a. As a variant. the fluid coming from the engine can be brought by the tube 7 to establish a circulation in the opposite direction to that considered in the foregoing. In this case, the circulation is always established predominantly in the beam 13a.
L'échangeur composite est mis en place dans un boîtier 22 (fig. 1) dans lequel de l'air est pulsé dans le sens des flèches par un ventilateur 23. En aval de l'échangeur composite 5, lorsqu'on considère le sens des flèches de la fig. 1, le boîtier 22 délimite une tubulure d'évacuation 24 et un conduit 25 menant à des buses de chauffage et de désembuage non représentées. The composite exchanger is placed in a housing 22 (fig. 1) in which air is blown in the direction of the arrows by a fan 23. Downstream of the composite exchanger 5, when the direction is considered arrows in fig. 1, the housing 22 delimits an evacuation pipe 24 and a conduit 25 leading to heating and demisting nozzles not shown.
Un volet 26 ou autre obturateur mobile est disposé entre la tubulure d'évacuation 24 et le conduit 25 sur un arbre de commande 27. A flap 26 or other movable shutter is disposed between the discharge pipe 24 and the conduit 25 on a control shaft 27.
En position dite d'hiver, le volet 26 est aligné avec la cloison transversale 12 de la boîte à eau de sortie 6. De cette manière, l'air traversant le faisceau 13ê est chauffé et amené dans le conduit 25 pour être distribué aux buses de chauffage/désembuage. In the so-called winter position, the flap 26 is aligned with the transverse partition 12 of the outlet water box 6. In this way, the air passing through the bundle 13 is heated and brought into the duct 25 to be distributed to the nozzles. heating / demisting.
Le volet 26 peut être pivoté par son arbre 27 pour obturer progressivement le conduit 25, ce qui a pour effet de réduire la quantité d'air chaud amenée à passer dans ledit conduit 25 en obligeant une partie de l'air chauffé par le faisceau 13â à passer dans la tubulure d'évacuation 24. En fin de course, le volet 26 est amené dans la position représentée en 26a pour laquelle l'ensemble de l'échangeur composite travaille en radiateur de refroidissement. tout l'air chauffé étant conduit dans la tubulure d'évacuation 24. The flap 26 can be pivoted by its shaft 27 to progressively close the conduit 25, which has the effect of reducing the quantity of hot air brought to pass through said conduit 25 by forcing part of the air heated by the beam 13â to pass through the evacuation pipe 24. At the end of the race, the flap 26 is brought into the position shown in 26a for which the assembly of the composite exchanger works as a cooling radiator. all the heated air being led into the exhaust manifold 24.
Outre ce qui précède. le boîtier 22 délimite une tubulure secondaire 298 qui ouvre avantageusement en amont de l'échangeur composite 5 et à proximité du ventilateur 23. In addition to the above. the housing 22 delimits a secondary tube 298 which advantageously opens upstream of the composite exchanger 5 and near the fan 23.
De l'air frais amené dans le boîtier 22 est ainsi pulsé dans la tubulure secondaire 28 pour être dirigé par un conduit 29 vers des buses de ventilation qui peuvent être les mêmes que les buses de chauffage/ désembuage. Un volet, par exemple un papillon 30, est disposé dans le conduit 29 pour permettre un réglage du débit. Fresh air brought into the housing 22 is thus pulsed into the secondary tubing 28 to be directed by a duct 29 to ventilation nozzles which can be the same as the heating / demisting nozzles. A flap, for example a butterfly 30, is disposed in the duct 29 to allow adjustment of the flow rate.
Les volet 26 et papillon 30 sont représentés montés de façon indépendante l'un de l'autre. La technique de la climatisation des véhicules a fait connaître que de tels volet et papillon peuvent être asservis à des dispositifs divers permettant de mélanger l'air frais et l'air chaud en fonction de la température devant régner à l'intérieur du véhicule. On ne sortirait donc pas du cadre de l'invention en mettant en oeuvre un dispositif de ce type pour relier et asservir le volet 26 et le papillon 30. The flap 26 and butterfly 30 are shown mounted independently of one another. The technique of air conditioning of vehicles has made it known that such flap and butterfly can be controlled by various devices making it possible to mix the fresh air and the hot air as a function of the temperature which must prevail inside the vehicle. It would therefore not go beyond the scope of the invention to use a device of this type for connecting and controlling the shutter 26 and the butterfly 30.
I1 est avantageux que la partie antérieure du boîtier 22 soit de section circulaire pour que le ventilateur 23 puisse pulser l'air dans les différents conduits de façon à peu près uniforme. Le boîtier 22 est formé entre le ventilateur et l'embouchure du conduit 28 pour épouser la périphérie de celui-ci ainsi que la périphérie de l'échangeur composite. Cela permet d'optimiser la circulation de l'air tout en utilisant un ventilateur de grand diamètre pouvant tourner lentement en limitant, par conséquent, les bruits aérodynamiques. I1 is advantageous that the front part of the housing 22 is of circular section so that the fan 23 can pulsate the air in the various conduits in a more or less uniform manner. The housing 22 is formed between the fan and the mouth of the duct 28 to match the periphery of the latter as well as the periphery of the composite exchanger. This optimizes air circulation while using a large diameter fan which can rotate slowly, thereby limiting aerodynamic noise.
Le ventilateur peut être mis en fonctionnement soit de manière automatique en dépendance de la température du liquide en circulation, soit par une commande manuelle permettant, le cas échéant, une variation de vitesse. Cette dernière disposition permet d'assurer la climatisation du véhicule même lorsqu il roule à faible vitesse ou qu'il est à l'arrêt. The fan can be started either automatically depending on the temperature of the circulating liquid, or by a manual control allowing, if necessary, a speed variation. This latter arrangement ensures the air conditioning of the vehicle even when it is traveling at low speed or when it is stationary.
I1 est avantageux que le dispositif de climatisation décrit ci-dessus soit monté, ainsi que cela est représenté, à l'avant du véhicule. I1 is advantageous that the air conditioning device described above is mounted, as shown, at the front of the vehicle.
Lorsque le groupe motopropulseur ou au moins le moteur est disposé à l'arrière du véhicule, comme le montre la fig 1, il est important que l'amenée du liquide de refroidissement jusqu'à l'échangeur composite soit assurée de manière simple et économique. When the powertrain or at least the engine is located at the rear of the vehicle, as shown in fig 1, it is important that the supply of coolant to the composite exchanger is ensured in a simple and economical way .
A cette fin, comme l'illustrent tant la fig. 1 que la fig. 5, on met avantageusement en oeuvre un conduit de circulation 31 pouvant être réalisé facilement en matière thermoplastique par extrusion, ce conduit de circulation comprenant un tube interne 32 relié par des nervures 33 à une enveloppe 34 à chaque extrémité de laquelle on dispose un raccord 35 (fig. 1) auquel sont fixés les tubes d'entrée 3 et de sortie 7. To this end, as illustrated in fig. 1 that fig. 5, a circulation duct 31 can advantageously be used which can easily be made of thermoplastic material by extrusion, this circulation duct comprising an internal tube 32 connected by ribs 33 to a casing 34 at each end of which there is a connector 35 (fig. 1) to which the inlet 3 and outlet 7 tubes are fixed.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, l'échangeur composite décrit dans ce qui précède sous la forme d'un échangeur à tubes et dissipateurs pourrait être réalisé par un échangeur dit à plaque et barrette bien connu dans la technique, en particulier lorsqu'il est souhaité de réaliser un appareil très compact. The invention is not limited to the exemplary embodiments, shown and described in detail, since various modifications can be made thereto without departing from its scope. In particular, the composite exchanger described in the foregoing in the form of a tube and dissipator exchanger could be produced by a so-called plate and bar exchanger well known in the art, in particular when it is desired to produce a very compact device.
Claims (14)
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