FR3058761B1 - METHOD AND APPARATUS FOR COOLING LUBRICATING OIL IN A THERMAL ENGINE - Google Patents
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Abstract
Le procédé de refroidissement de l'huile de lubrification (HL) d'un moteur thermique (10) dans un véhicule automobile comprend une première circulation (C1) de l'huile de lubrification dans un premier circuit dédié d'un échangeur thermique de type eau-huile (14) et une deuxième circulation (C2) d'un fluide de refroidissement dans un deuxième circuit dédié de l'échangeur thermique de type eau-huile. Conformément à l'invention, le fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement dite à basse température (LBT), ayant une température maximale n'excédant pas 80 °C, d'un dispositif de refroidissement auxiliaire à basse température (111, 1110, 12, 13) du véhicule.The method of cooling the lubricating oil (HL) of a heat engine (10) in a motor vehicle comprises a first circulation (C1) of the lubricating oil in a first dedicated circuit of a heat exchanger of the type water-oil (14) and a second circulation (C2) of a cooling fluid in a second dedicated circuit of the water-oil heat exchanger. According to the invention, the cooling fluid is a so-called low temperature coolant (LBT), having a maximum temperature not exceeding 80 ° C, of a low temperature auxiliary cooling device (111, 1110, 12, 13) of the vehicle.
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE L’HUILE DE LUBRIFICATION DANS UN MOTEUR THERMIQUEMETHOD AND APPARATUS FOR COOLING LUBRICATING OIL IN A THERMAL ENGINE
[001] L’invention concerne de manière générale le domaine de l’automobile. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement destiné au refroidissement de l’huile de lubrification dans un moteur thermique de véhicule automobile.[001] The invention relates generally to the field of the automobile. More particularly, the invention relates to a method and a cooling device for cooling the lubricating oil in a motor vehicle engine.
[002] Dans le contexte de la réduction des rejets polluants des véhicules automobiles, les normes européennes d'émission, dites normes « Euro >>, imposent de fortes baisses des limites acceptables pour ces rejets. Entre la norme « Euro 1 >> et la norme « Euro 7 >>, pour le taux de CO2 notamment, il est prévu une baisse des émissions d’environ 80% sur les motorisations de type Diesel et d’environ 60% sur les motorisations de type essence.[002] In the context of the reduction of polluting emissions from motor vehicles, the European emission standards, known as "Euro" standards, impose sharp reductions in the acceptable limits for these discharges. Between the "Euro 1" standard and the "Euro 7" standard, for the CO2 rate in particular, emissions are expected to fall by around 80% for diesel engines and around 60% for diesel engines. gasoline engines.
[003] La perte d’énergie mécanique par frottement dans le moteur thermique d’un véhicule automobile est de l’ordre de 20% de l’énergie totale libérée par la combustion du carburant. La réduction des frottements mécaniques dans le moteur thermique est donc un objectif pour les constructeurs automobiles afin de diminuer les émissions polluantes.[003] The loss of mechanical energy by friction in the engine of a motor vehicle is of the order of 20% of the total energy released by the combustion of the fuel. The reduction of mechanical friction in the engine is therefore a goal for car manufacturers to reduce emissions.
[004] L’utilisation d’une huile dite à très basse viscosité est une solution envisagée pour obtenir une baisse de la consommation de carburant et corrélativement une diminution des émissions polluantes. Cependant, l’huile à très basse viscosité pose des contraintes supplémentaires en termes de maîtrise de sa température de fonctionnement pour la viscosité voulue et pour éviter un vieillissement prématuré. Ainsi, une huile à très basse viscosité devra typiquement ne pas dépasser une température de fonctionnement de l’ordre de 125°C pour conserver une viscosité de Ibrdre de 4 cSt, alors que les huiles de lubrification actuellement utilisées dans les moteurs thermiques peuvent conserver une viscosité de 4cSt jusqu’à une température de l’ordre de 145°C.[004] The use of a so-called very low viscosity oil is a solution envisaged to obtain a reduction in fuel consumption and correspondingly a decrease in pollutant emissions. However, the oil with very low viscosity poses additional constraints in terms of control of its operating temperature for the desired viscosity and to prevent premature aging. Thus, an oil with a very low viscosity should typically not exceed an operating temperature of about 125 ° C to maintain a viscosity of Ibrdre of 4 cSt, while the lubricating oils currently used in thermal engines can maintain a viscosity of 4cSt up to a temperature of the order of 145 ° C.
[005] Par le document JP2010084751, il est connu un dispositif de contrôle de la température de l’huile de lubrification d’un moteur thermique permettant de chauffer l’huile en phase de démarrage du moteur puis de stabiliser sa température. Il est utilisé un échangeur thermique traversé par l’huile de lubrification. Un thermostat est prévu pour commander la circulation du liquide de refroidissement du moteur thermique dans l’échangeur.[005] JP2010084751 discloses a device for controlling the temperature of the lubricating oil of a heat engine for heating the oil in the starting phase of the engine and then stabilizing its temperature. It is used a heat exchanger crossed by the lubricating oil. A thermostat is provided to control the circulation of the coolant of the heat engine in the exchanger.
[006] Le dispositif de la technique antérieure décrit dans JP2010084751 trouve des applications dans les dispositifs de refroidissement pour les huiles de lubrification actuellement utilisées, mais ne convient pas pour les huiles dite à très basse viscosité, car sa capacité de refroidissement reste limitée.[006] The prior art device described in JP2010084751 finds applications in the cooling devices for the lubricating oils currently used, but is not suitable for so-called very low viscosity oils, because its cooling capacity remains limited.
[007] Il apparaît aujourd’hui souhaitable de proposer une solution pour accroître la capacité de refroidissement des dispositifs de refroidissement d’huile, et les rendre aptes au refroidissement des huiles dites à très basse viscosité dans les moteurs thermiques.[007] It now seems desirable to provide a solution to increase the cooling capacity of oil cooling devices, and make them suitable for cooling oils said to be very low viscosity in thermal engines.
[008] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de refroidissement de l’huile de lubrification d’un moteur thermique dans un véhicule automobile, comprenant une première circulation de l’huile de lubrification dans un premier circuit dédié d’un échangeur thermique de type eau-huile et une deuxième circulation d’un fluide de refroidissement dans un deuxième circuit dédié de l’échangeur thermique de type eau-huile. Conformément à l’invention, le fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement dit à basse température, ayant une température maximale n’excédant pas 80°C, d’un dispositif de refroidissement auxiliairedu véhicule.[008] According to a first aspect, the invention relates to a method for cooling the lubricating oil of a heat engine in a motor vehicle, comprising a first circulation of the lubricating oil in a first dedicated circuit of a water-oil type heat exchanger and a second circulation of a cooling fluid in a second dedicated circuit of the water-oil type heat exchanger. According to the invention, the coolant is a so-called low temperature coolant, having a maximum temperature not exceeding 80 ° C, of an auxiliary cooling device of the vehicle.
[009] L’utilisation du liquide de refroidissement à basse température dans l’échangeur thermique eau-huile permet un refroidissement plus performant de l’huile de lubrification et autorise une utilisation d’une huile dite à très basse viscosité, ayant une viscosité n’excédant pas 5 cSt à 125°C, pour la lubrification du moteur thermique.[009] The use of the coolant at low temperature in the water-oil heat exchanger allows a more efficient cooling of the lubricating oil and allows the use of a so-called very low viscosity oil, having a viscosity n not exceeding 5cSt at 125 ° C for the lubrication of the engine.
[0010] Selon une forme de réalisation particulière, la deuxième circulation, de fluide de refroidissement, est commandée en fonction de la température de l’huile de lubrification.According to a particular embodiment, the second circulation of cooling fluid is controlled according to the temperature of the lubricating oil.
[0011] Selon une caractéristique particulière de l’invention, la deuxième circulation n’est pas activée lorsque la température de l’huile de lubrification est inférieure à un seuil de température prédéterminé et est activée lorsque la température de l’huile de lubrification atteint ou dépasse le seuil de température prédéterminé.According to a particular characteristic of the invention, the second circulation is not activated when the temperature of the lubricating oil is lower than a predetermined temperature threshold and is activated when the temperature of the lubricating oil reaches or exceeds the predetermined temperature threshold.
[0012] Selon une forme de réalisation particulière, le seuil de température prédéterminé est de l’ordre de 125°C.According to a particular embodiment, the predetermined temperature threshold is of the order of 125 ° C.
[0013] Selon un autre aspect, l’invention concerne également un dispositif de refroidissement de l’huile de lubrification d’un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un premier échangeur thermique de type eau-huile, un premier circuit de circulation d’huile de lubrification établi à travers le premier échangeur et raccordé à un dispositif de lubrification du moteur thermique et un deuxième circuit de circulation de fluide de refroidissement établi à travers le premier échangeur et raccordé à un deuxième échangeur thermique de type eau-air du véhicule. Conformément à l’invention, le deuxième échangeur thermique de type eau-air est celui d’un dispositif de refroidissement auxiliaire du véhicule thermique et le fluide de refroidissement est un liquide de refroidissement dit à basse température, ayant une température maximale n’excédant pas 80 °C, du dispositif de refroidissement auxiliaire.According to another aspect, the invention also relates to a cooling device for the lubricating oil of a motor vehicle engine, comprising a first water-oil type heat exchanger, a first circulation circuit of lubricating oil established through the first heat exchanger and connected to a lubricating device of the heat engine and a second cooling fluid circulation circuit established through the first heat exchanger and connected to a second water-air heat exchanger of the vehicle. According to the invention, the second water-air type heat exchanger is that of an auxiliary cooling device of the thermal vehicle and the cooling fluid is a so-called low temperature cooling liquid having a maximum temperature not exceeding 80 ° C, the auxiliary cooling device.
[0014] Le dispositif de refroidissement de l’huile de lubrification de l’invention autorise une mise en œuvre du procédé de l’invention décrit brièvement plus haut et est adapté pour une utilisation d’une huile dite à très basse viscosité ayant une viscosité n’excédant pas 5 cSt à 125°C pour la lubrification d’un moteurthermique.The cooling device of the lubricating oil of the invention allows an implementation of the method of the invention briefly described above and is suitable for use of a so-called very low viscosity oil having a viscosity. not exceeding 5 cSt at 125 ° C for the lubrication of a thermal engine.
[0015] Selon une forme de réalisation particulière, le premier échangeur thermique est un échangeur thermique à plaques.According to a particular embodiment, the first heat exchanger is a plate heat exchanger.
[0016] Selon une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de refroidissement d’huile de lubrification comprend aussi un dispositif de thermostat commandant la circulation du liquide de refroidissement dit à basse température dans le deuxième circuit de circulation en fonction de la température de l’huile de lubrification.According to another particular embodiment, the lubricating oil cooling device also comprises a thermostat device controlling the circulation of the so-called low temperature coolant in the second circulation circuit as a function of the temperature of the lubricant. lubricating oil.
[0017] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and features of the present invention will appear more clearly on reading the description below of several particular embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
La Fig.1 est un schéma simplifié d’un groupe de motorisation à moteur thermique dans lequel est intégré une forme de réalisation particulière du dispositif de refroidissement d’huile de lubrification selon l’invention ;Fig.1 is a schematic diagram of a motor unit with a combustion engine in which is integrated a particular embodiment of the lubricating oil cooling device according to the invention;
La Fig.2A est une vue en coupe simplifiée d’un dispositif de thermostat dans un état fermé inclus dans le dispositif de refroidissement d’huile de lubrification de la Fig. 1 ; etFig. 2A is a simplified sectional view of a thermostat device in a closed state included in the lubricating oil cooling device of Fig. 1; and
La Fig.2B est une vue en coupe simplifiée d’un dispositif de thermostat dans un état ouvert inclus dans le dispositif de refroidissement d’huile de lubrification de la Fig. 1.Fig. 2B is a simplified sectional view of a thermostat device in an open state included in the lubricating oil cooling device of Fig. 1B. 1.
[0018] En référence aux Figs.1 et 2A, 2B, il est décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière d’un dispositif de refroidissement d’huile de lubrification selon l’invention qui est monté dans un groupe de motorisation à moteur thermique 1, montré à la Fig.1, d’un véhicule automobile.Referring to Figs.1 and 2A, 2B, there is described below a particular embodiment of a lubricating oil cooling device according to the invention which is mounted in a motor drive group. thermal 1, shown in Fig.1, of a motor vehicle.
[0019] Comme montré à la Fig.1, le groupe de motorisation 1 comprend notamment un bloc de moteur thermique 10, un groupe d’échangeur thermique eau-air 11 pour les dispositifs de refroidissement du véhicule, et différents dispositifs auxiliaires tels qu’un condenseur à eau 12 de climatisation et un échangeur à eau 13 de refroidissement d’air de suralimentation.As shown in Fig.1, the engine group 1 comprises in particular a heat engine block 10, a water-air heat exchanger group 11 for the cooling devices of the vehicle, and various auxiliary devices such as an air conditioning water condenser 12 and a water exchanger 13 cooling air charge.
[0020] Le groupe d’échangeur thermique eau-air 11 comprend essentiellement un échangeur eau-air pressurisé dit à haute température 110, un échangeur eau-air non-pressurisé dit à basse température 111 et un groupe moto-ventilateur 112. Typiquement l’échangeur eau-air pressurisé 110 dit à haute température peut fonctionner à une température qui dépasse les 100°C. L’échangeur eau-air non-pressurisé 111 dit à basse température pourra lui fonctionner à une température maximale qui ne dépassera pas les 80 °C.The water-air heat exchanger group 11 essentially comprises a pressurized water-air heat exchanger said high temperature 110, a water-air heat exchanger said low temperature 111 and a fan motor unit 112. Typically l 110 pressurized water-air heat exchanger at high temperature can operate at a temperature that exceeds 100 ° C. The non-pressurized water-air heat exchanger 111 said at low temperature can operate at a maximum temperature that will not exceed 80 ° C.
[0021] De manière classique, le refroidissement à eau du bloc de moteur thermique 10 est assuré par la circulation dans le bloc 10 d’un liquide de refroidissement à haute température LHT. La circulation du liquide de refroidissement LHT est montrée à la Fig.1 par des traits et flèches en pointillé.Conventionally, the water cooling of the engine block 10 is provided by the circulation in the block 10 of a high temperature coolant LHT. The circulation of the coolant LHT is shown in Fig.1 by dotted lines and arrows.
[0022] Des conduits pour la circulation du liquide LHT raccordent l’échangeur eau-air pressurisé 110 à un dispositif de thermostat piloté 101. Le dispositif de thermostat piloté 101 (ou électrovanne pilotée) commande la circulation du liquide LHT en boucle dans le moteur thermique 10 pendant la montée en température de celui-ci ou à travers l’échangeur 110 lorsque le moteur thermique 10 est chaud. Une pompe à eau 102 pour la circulation du liquide LHT et un conduit de dérivation 103 (dit « by-pass >> en anglais) de refroidissement du moteur thermique sont aussi montrés à la Fig.1. Un aérotherme 104 prélevant des calories du liquide LHT et délivrant de l’air chaud dans l’habitacle du véhicule est aussi montré à la Fig.1.Flows for the circulation of the liquid LHT connect the pressurized water-air heat exchanger 110 to a controlled thermostat device 101. The controlled thermostat device 101 (or piloted solenoid valve) controls the circulation of liquid LHT loop in the engine thermal 10 during the temperature rise thereof or through the exchanger 110 when the heat engine 10 is hot. A water pump 102 for the circulation of the liquid LHT and a bypass duct 103 (called "by-pass" in English) for cooling the heat engine are also shown in FIG. A heater 104 drawing calories LHT liquid and delivering hot air into the passenger compartment of the vehicle is also shown in Fig.1.
[0023] Comme montré à la Fig.1, le dispositif de refroidissement d’huile de lubrification selon l’invention comprend un échangeur eau-huile 14, un premier circuit de circulation C1 d’huile de lubrification, un deuxième circuit de circulation C2 d’un liquide de refroidissement dit à basse température LBT et un dispositif de thermostat 140.As shown in FIG. 1, the lubricating oil cooling device according to the invention comprises a water-oil exchanger 14, a first circulation circuit C1 of lubricating oil, a second circulation circuit C2. a low temperature coolant LBT and a thermostat device 140.
[0024] L’échangeur eau-huile 14 comporte deux circuits distincts de circulation de fluide, l’un étant destiné à l’huile de lubrification et l’autre au liquide de refroidissement à basse température LBT. Typiquement, l’échangeur eau-huile 14 est un échangeur à plaques à haute performance.The water-oil exchanger 14 comprises two separate fluid circulation circuits, one being for the lubricating oil and the other for the low temperature coolant LBT. Typically, the water-oil exchanger 14 is a high performance plate heat exchanger.
[0025] Le premier circuit de circulation C1 raccorde l’échangeur eau-huile 14 à un dispositif de lubrification du moteur thermique. Une pompe à huile, non représentée à la Fig.1, force la circulation de l’huile de lubrification HL dans l’échangeur eau-huile 14.The first circulation circuit C1 connects the water-oil exchanger 14 to a lubricating device of the heat engine. An oil pump, not shown in FIG. 1, forces the circulation of the lubricating oil HL in the water-oil exchanger 14.
[0026] Le deuxième circuit de circulation C2 raccorde l’échangeur eau-huile 14 à un dispositif de refroidissement auxiliaire dit à basse température du véhicule, dans lequel circule le liquide de refroidissement à basse température LBT. La circulation du liquide de refroidissement LBT est montrée à la Fig. 1 par des flèches en trait plein.The second circulation circuit C2 connects the water-oil exchanger 14 to an auxiliary cooling device said low temperature of the vehicle, in which circulates the coolant at low temperature LBT. The circulation of the coolant LBT is shown in FIG. 1 by arrows in solid lines.
[0027] Dans cette forme de réalisation, le dispositif de refroidissement auxiliaire indiqué ci-dessus comporte notamment l’échangeur eau-air non-pressurisé à basse température 111, le condenseur à eau 12 de climatisation, l’échangeur à eau 13 de refroidissement d’air de suralimentation et une pompe à eau électrique dédiée 1110.In this embodiment, the auxiliary cooling device indicated above comprises in particular the low-temperature non-pressurized water-air heat exchanger 111, the air conditioning water condenser 12, the water cooling exchanger 13. charge air and a dedicated electric water pump 1110.
[0028] Dans d’autres formes de réalisation, le dispositif de refroidissement auxiliaire pourra avoir une architecture différente, par exemple, en comprenant un circuit de refroidissement pour un moteur électrique dans un véhicule hydride, ou pour des composants électroniques de puissance et des batteries.In other embodiments, the auxiliary cooling device may have a different architecture, for example by including a cooling circuit for an electric motor in a hybrid vehicle, or for electronic power components and batteries. .
[0029] Conformément à l’invention, la circulation du liquide de refroidissement à basse température LBT dans l’échangeur eau-huile 14 est commandée par le dispositif de thermostat 140.According to the invention, the circulation of the low temperature coolant LBT in the water-oil exchanger 14 is controlled by the thermostat device 140.
[0030] Une forme de réalisation du dispositif de thermostat 140 est montrée à titre d’exemple aux Figs.2A et 2B. Comme montré aux Figs.2A et 2B, le dispositif de thermostat 140 est de type à capsule de cire et forme une vanne pour le liquide de refroidissement LBT dont les états fermé et ouvert sont commandés en fonction de la température de l’huile de lubrification HL.An embodiment of the thermostat device 140 is shown by way of example in Figs.2A and 2B. As shown in Figs.2A and 2B, the thermostat device 140 is of the wax capsule type and forms a valve for the LBT coolant whose closed and open states are controlled according to the temperature of the lubricating oil. HL.
[0031] Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif de thermostat 140 peut prendre la forme d’une électrovanne qui est pilotée par un signal de commande délivré par l’unité de contrôle moteur du véhicule, ladite unité disposant d’une mesure de température de l’huile HL. Ou bien, l’électrovanne peut être pilotée localement à partir d’une information de température d’huile fournie par un capteur intégré dans l’échangeur eau-huile 14.In another embodiment, the thermostat device 140 may take the form of a solenoid valve which is controlled by a control signal delivered by the engine control unit of the vehicle, said unit having a measurement of oil temperature HL. Or, the solenoid valve can be controlled locally from an oil temperature information provided by a sensor integrated in the water-oil exchanger 14.
[0032] On notera que le dispositif de thermostat 14, quelle que soit sa forme de réalisation, sera avantageusement intégré dans l’échangeur eau-huile 14.It will be noted that the thermostat device 14, whatever its embodiment, will advantageously be integrated in the water-oil exchanger 14.
[0033] Comme montré aux Figs.2A et 2B, le dispositif de thermostat 140 comprend, dans un boîtier 141, une capsule de cire 142, un clapet 143 et un ressort 144. La capsule de cire 142 est contenue dans une chambre du boîtier 141 et baigne dans le flux de l’huile HL en circulation. La dilatation de la cire contenue dans la capsule 142 permet l’actionnement du clapet 143. La capsule de cire 142 et le ressort 144 sont choisis ici pour avoir une commutation du dispositif de thermostat 140, entre l’état ouvert et l’état fermé, pour une température de l’huile HL de l’ordre de 125°C. Le choix de la valeur nominale de la capsule de cire 142 et le tarage du ressort 144 permettent d’obtenir le seuil de température voulu pour la régulation en température de l’huile de lubrification HL.As shown in Figs.2A and 2B, the thermostat device 140 comprises, in a housing 141, a wax capsule 142, a valve 143 and a spring 144. The wax capsule 142 is contained in a chamber of the housing 141 and bathes in the flow of HL oil in circulation. The expansion of the wax contained in the capsule 142 allows the actuation of the valve 143. The wax capsule 142 and the spring 144 are chosen here to have a switching of the thermostat device 140, between the open state and the closed state. at a temperature of the oil HL of the order of 125 ° C. The choice of the nominal value of the wax capsule 142 and the setting of the spring 144 make it possible to obtain the desired temperature threshold for the temperature regulation of the lubricating oil HL.
[0034] A la Fig.2A, la température de l’huile HL est inférieure au seuil de température de 125°C, et le dispositif de thermostat 140 est à l’état fermé. Le circuit C2 est alors fermé et le liquide de refroidissement à basse température LBT ne circule pas dans l’échangeur eau-huile 14.In Fig.2A, the temperature of the oil HL is below the temperature threshold of 125 ° C, and the thermostat device 140 is in the closed state. The circuit C2 is then closed and the low-temperature coolant LBT does not circulate in the water-oil exchanger 14.
[0035] A la Fig.2B, la température de l’huile HL est supérieure au seuil de température prédéterminé de 125°C, et le dispositif de thermosfet 140 est à l’état ouvert. Le circuit C2 est alors ouvert et le liquide de refroidissement à basse température LBT circule dans l’échangeur eau-huile 14.In Fig.2B, the temperature of the oil HL is greater than the predetermined temperature threshold of 125 ° C, and the thermoset device 140 is in the open state. The circuit C2 is then open and the low-temperature coolant LBT circulates in the water-oil exchanger 14.
[0036] Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.Of course, the invention is not limited to the particular embodiments which have been described here by way of example. Those skilled in the art, according to the applications of the invention, may make various modifications and variations that fall within the scope of the appended claims.
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