FR2884864A1 - Dispositif et procede de refroidissement du moteur et d'un organe de vehicule - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprenant un circuit principal (1) de fluide caloporteur, traversant le moteur (2) et équipé d'une pompe de circulation (3), d'une vanne thermostatique (4) et d'un radiateur (5), ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire (6) d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire (7), caractérisé en ce que le circuit auxiliaire (6) comprend une pompe auxiliaire (8) de sorte que, lorsque la vanne thermostatique (4) est fermée, ladite pompe auxiliaire (8) fasse circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire (7) et à travers le radiateur principal (5).
Description
Dispositif et procédé de refroidissement du moteur et d'un organe de
véhicule 5
La présente invention concerne le domaine du refroidissement des moteurs de véhicules automobiles permettant en particulier de refroidir également certains organes du véhicule, tel qu'un dispositif de recyclage partiel de gaz d'échappement.
Le moteur d'entraînement des véhicules automobiles peut être refroidi par la mise en circulation d'un liquide de refroidissement caloporteur, en pratique de l'eau, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement inclut essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Une vanne thermostatique est également prévue en général, de façon à isoler la partie du circuit principal de refroidissement qui contient le radiateur pendant la durée du démarrage à froid où un refroidissement excessif du moteur n'est pas souhaité. La vanne thermostatique s'ouvre progressivement en fonction de la température de l'eau mise en circulation, réchauffée par le moteur après la période de démarrage.
Par ailleurs, les gaz d'échappement réintroduits dans la chambre de combustion servent à réduire la température maximale de combustion. L'émission d'oxydes d'azote augmente plus vite que la température de combustion, la recirculation des gaz présente, comme mesure de la réduction de la température, une méthode efficace pour diminuer les émissions d'oxydes d'azote. Le refroidissement des gaz recyclés permet donc d'augmenter l'effet de réduction de la quantité d'oxydes d'azote tout en conservant une émission de particules inchangée.
Généralement, les gaz recyclés passent dans un échangeur de chaleur en vue de les refroidir. Les demandes de brevets FR 2 812 027 (Daimler- Chrysler) et FR 2 830 929 (Denso) traitent de constructions particulières d'échangeurs de chaleur pour gaz d'échappement, mais ne décrivent pas de lien entre la régulation du refroidissement du moteur et la régulation du refroidissement des gaz d'échappement, en vue de leur dépollution.
L'invention propose un dispositif et un procédé de refroidissement d'un moteur et d'un organe de véhicule automobile qui résolve ces inconvénients de manière particulièrement simple. L'invention propose en particulier un procédé qui favorise la montée rapide du moteur en température, qui refroidisse l'organe du véhicule tout particulièrement lorsque le moteur est à basse température, et qui optimise le refroidissement du moteur à température élevée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprend un circuit principal de fluide caloporteur, traversant un moteur et équipé d'une pompe de circulation, d'une vanne thermostatique et d'un radiateur, ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire, caractérisé en ce que le circuit auxiliaire comprend une pompe auxiliaire de sorte que, lorsque la vanne thermostatique est fermée, ladite pompe auxiliaire fasse circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire et à travers le radiateur principal.
Le dispositif de refroidissement proposé peut présenter les caractéristiques suivantes, individuellement ou en combinaison: - le radiateur principal comprend une pluralité de passages parallèles, et dont les extrémités débouchent dans une première et une deuxième boîtes à eau, l'une au moins des boîtes à eau étant séparée en deux zones par une cloison, - une partie des passages débouchant dans la zone de la deuxième boîte à eau est traversée par le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la vanne thermostatique est ouverte ou fermée, - la première boîte à eau est reliée à la vanne thermostatique, les zones de la deuxième boîte à eau étant respectivement reliées au point de jonction et à l'organe précité du véhicule, - le fluide caloporteur est de l'eau et que la température d'ouverture de la vanne thermostatique du radiateur principal est comprise entre 88 C et 100 C, et de préférence de l'ordre de 89 C, - l'organe précité est un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, - l'organe précité est un alterno-démarreur ou une boîte de vitesses.
La présente invention concerne en outre un procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans lequel, lorsque la température du moteur est au-delà d'un seuil de température élevée, on fait circuler un fluide caloporteur à travers le moteur et un radiateur principal, caractérisé en ce que tant que la température du moteur reste en deçà du seuil de température élevée, on fait circuler, hors du moteur, une partie du fluide caloporteur à travers un refroidisseur auxiliaire d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et à travers le radiateur principal.
Avantageusement, le procédé utilise une pompe auxiliaire pour faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire.
Avantageusement, le procédé comprend l'étape de, lorsque la température du moteur est supérieure au seuil de température élevée, faire circuler le fluide caloporteur à travers le moteur et à travers le circuit auxiliaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, lorsque la température du moteur est en-dessous d'une limite prédéterminée, et - la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, lorsque la température du moteur est au-dessus d'une limite prédéterminée.
Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de refroidissement comprend un circuit principal 1 de fluide caloporteur traversant le moteur 2. Le fluide caloporteur est généralement de l'eau, avec des additifs anti-gel. Le circuit principal 1 est équipé d'une pompe de circulation 3, d'une vanne thermostatique 4 et d'un radiateur principal 5. Un circuit auxiliaire 6 comprend une pompe auxiliaire 8 et un refroidisseur auxiliaire 7 destiné à refroidir un organe du véhicule. Le radiateur 5 comprend une pluralité de passages 9 parallèles dont l'ensemble des extrémités 10 d'un coté débouche dans une boîte à eau amont 12 et l'ensemble des extrémités 11 de l'autre coté débouche dans une boîte à eau aval 13. La boîte à eau aval 13 est partagée en deux zones 14 et 15 par une cloison 16. Une première zone 14 présente une première ouverture 19 reliée à une canalisation du circuit principal 1. Une deuxième zone 15 présente une deuxième ouverture 20. La boîte à eau amont 12 présente une ouverture principale 21 reliée au circuit principal 1.
Les passages 9 peuvent être des tubes cylindriques, ou des plaques de n'importe quelle autre section transversale, aptes à laisser passer le fluide caloporteur. Les passages sont en matériaux thermoconducteurs et sont entourés d'ailettes de refroidissement 22 de manière à favoriser l'échange thermique entre l'air extérieur et le fluide caloporteur. La capacité de refroidissement du radiateur 5 est d'autant plus importante que l'air extérieur est froid et passe à travers les ailettes 22 du radiateur 5 à grande vitesse, que le fluide caloporteur est à température élevée et que le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur 5 est important.
La boîte à eau amont 12 comporte deux portions, une portion contenant les extrémités des passages débouchant dans la zone principale 14 et une portion correspondant à la deuxième zone 15. La partie du radiateur 5 comprenant l'ouverture 19, la zone principale 14 de la boîte à eau aval 13, les passages 9 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau amont 12, forme une partie principale 23 du radiateur 5. De même, l'ouverture 20, la deuxième zone 15, les passages 9 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau amont 12, forment une deuxième partie 24 du radiateur 6. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1, le raccordement amont des deux parties 23 et 24 du radiateur 5 à lieu à l'intérieur de la boîte à eau amont 12, et une seule ouverture 21 suffit à raccorder les deux parties de radiateur 23 et 24 au circuit principal 1.
Une cloison 16 peut séparer les deux portions 23 et 24 de la boîte à eau amont 12. Les deux parties 23 et 24 du radiateur 5 sont alors raccordées chacune au circuit principal 1, à l'extérieur du radiateur 5. En variante, les deux portions de boîte à eau amont 12 peuvent également être séparées par un ajutage présentant une perte de charge pour le fluide transitant d'une portion à l'autre. Cela offre un degré de liberté supplémentaire pour régler les débits dans les différents circuits du dispositif.
Le circuit auxiliaire 6 est relié au circuit principal 1 en un point de jonction 17 situé entre l'ouverture 19 du radiateur 5 et la pompe de circulation 3 du moteur 2.
L'invention est particulièrement utile lorsque l'organe du véhicule nécessite d'être tout particulièrement refroidi lorsque le moteur est froid. C'est le cas des organes de recyclage partiel des gaz d'échappement.
Le circuit principal 1 peut aussi comprendre d'autre éléments non représentés sur la figure 1 tels que des vases d'expansion qui permettent de maintenir la pression du fluide caloporteur à l'intérieur du dispositif de refroidissement de sorte que l'eau peut circuler dans le dispositif jusqu'à environ 115 C sans être pour autant en ébullition.
Dans le dispositif décrit, la vanne thermostatique 4 s'ouvre lorsque la température du moteur atteint un seuil de température élevé qui est compris entre 88 C et 100 C et de préférence de l'ordre de 89 C. Pour la suite de la description, on appellera température basse la température en dessous du seuil de température élevée, et température élevée la température au-dessus du seuil de température élevée.
On va maintenant décrire le procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans une phase où le moteur est à une température basse, tel que représenté sue la figure 2. La vanne thermostatique 4 est fermée de sorte que le fluide caloporteur ne circule pas à travers le moteur 2, et la pompe de circulation 3 est inactive. Dans ces conditions, la totalité des calories générées par la combustion du moteur 2 du véhicule, qu'il s'agisse d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel, est utilisée pour réchauffer le moteur 2 le plus rapidement possible. Durant cette phase, la pompe auxiliaire 8 est en fonctionnement et fait circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du refroidisseur auxiliaire 7 et, par l'ouverture 19 via le point de jonction 17, à travers le radiateur 5. Le fluide caloporteur circule à travers les passages 9 de la partie principale 23 du radiateur 5, rentre dans la boîte à eau amont 12 et est orienté vers la partie 24 du radiateur 5. Le fluide traverse la partie 24 dans le sens opposé et sort par l'ouverture 20 pour rejoindre le circuit auxiliaire 6. On pourrait également concevoir que la pompe auxiliaire 8 fasse circuler le fluide caloporteur dans l'autre sens, c'est-à-dire en allant de l'ouverture 20 vers l'ouverture 19, puis en traversant le refroidisseur auxiliaire 7.
Lorsque la température du moteur est au-delà du seuil de température élevée tel que représenté sur la figure 3, la vanne thermostatique 4 est ouverte et le flux à l'intérieur du circuit principal 1 entre dans la boîte à eau amont 12 du radiateur 5. Le flux de fluide caloporteur traverse la partie principale 23 du radiateur 5 pour ressortir par l'ouverture 19 et rejoindre la circuit principal 1. Lorsque que le refroidisseur auxiliaire 7 est associé à un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement comme illustré sur la figure 3, le fluide caloporteur ne traverse plus le circuit auxiliaire 6 et la pompe auxiliaire 8 est arrêtée, de sorte que la totalité de la capacité calorifique du radiateur 5 est entièrement utilisée pour refroidir le moteur 2.
La partie 24 du radiateur 5 n'est utilisée que pour le refroidissement d'un organe de véhicule lorsque la température du moteur 2 est basse. Cette partie permet de faire circuler le fluide caloporteur dans le sens inverse de la partie principale 23 de sorte que la totalité de la capacité calorifique du radiateur 5 est utilisée pour le circuit auxiliaire 6.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la partie principale 23 et la partie 24 sont utilisées lorsque le moteur 2 est à basse température, pour refroidir des gaz d'échappement destinés à être recyclés à l'admission du moteur pendant que le moteur est isolé pour permettre son réchauffement le plus rapide possible. Le réchauffement optimisé du moteur peut aussi servir à alimenter un aérotherme destiné à chauffer l'habitacle du véhicule et pour lequel on souhaite obtenir le plus rapidement possible une élévation de la température du fluide caloporteur à 70 C. A température élevée, le radiateur 5 est alors utilisé principalement pour refroidir le moteur 2.
Le refroidisseur 7 peut être utilisé pour refroidir des organes de véhicule à température élevée tels qu'un dispositif de récupération d'une partie des gaz d'échappement (EGR) en vue de leur recyclage à l'admission du moteur ou bien un autre organe du véhicule tel qu'un alterno-démarreur. On pourrait aussi concevoir de refroidir d'autres organes tels que la boîte de vitesses du véhicule.
Claims (10)
1. Dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprenant un circuit principal (1) de fluide caloporteur, traversant un moteur (2) et équipé d'une pompe de circulation (3), d'une vanne thermostatique (4) et d'un radiateur (5), ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire (6) d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire (7), caractérisé en ce que le circuit auxiliaire (6) comprend une pompe auxiliaire (8) de sorte que, lorsque la vanne thermostatique (4) est fermée, ladite pompe auxiliaire (8) fasse circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire (7) et à travers le radiateur principal (5).
2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur principal (5) comprend une pluralité de passages (9) parallèles, et dont les extrémités (10, 11) débouchent dans une première (12) et une deuxième (13) boîtes à eau, l'une (13) au moins des boîtes à eau (12, 13) étant séparée en deux zones (14, 15) par une cloison (16).
3. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie (24) des passages (9) débouchant dans la zone (15) de la deuxième boîte à eau (13) est traversée par le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la vanne thermostatique (4) est ouverte ou fermée.
4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première boîte à eau est reliée à la vanne thermostatique (4), les zones (14, 15) de la deuxième boîte à eau (13) étant respectivement reliées au point de jonction (17) et à l'organe précité du véhicule.
5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est de l'eau et que la température d'ouverture de la vanne thermostatique (4) du radiateur principal (5) est comprise entre 88 C et 100 C, et de préférence de l'ordre de 89 C.
6. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe précité est un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement.
7. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe précité est 20 un alterno-démarreur ou une boîte de vitesses.
8. Procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans lequel, lorsque la température du moteur (2) est au-delà d'un seuil de température élevée, on fait circuler un fluide caloporteur à travers le moteur (2) et un radiateur principal (5), caractérisé en ce que tant que la température du moteur reste en deçà du seuil de température élevée, on fait circuler, hors du moteur, une partie du fluide caloporteur à travers un refroidisseur auxiliaire (7) d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et à travers le radiateur principal (5).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise une pompe auxiliaire (8) pour faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire (7).
10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lorsque la température du moteur (2) est supérieure au seuil de température élevée, on fait circuler le fluide caloporteur à travers le moteur (2) et à travers le circuit auxiliaire (6).
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