EP0374038A1 - Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne - Google Patents

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EP0374038A1
EP0374038A1 EP89403455A EP89403455A EP0374038A1 EP 0374038 A1 EP0374038 A1 EP 0374038A1 EP 89403455 A EP89403455 A EP 89403455A EP 89403455 A EP89403455 A EP 89403455A EP 0374038 A1 EP0374038 A1 EP 0374038A1
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cooling device
engine
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degassing chamber
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
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    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/028—Deaeration devices
    • 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
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the cooling circuit of an internal combustion engine must necessarily include a degassing device because one cannot ensure an absolute seal between the interior of the cylinders and the water chambers. You can degas the engine itself.
  • the volume of liquid to be heated is then significantly increased as soon as the engine is started, as this involves heating the liquid contained in the expansion tank as soon as it is started; the temperature rise of this engine and of its cooling circuit is therefore delayed, which increases external pollution due to the prolonged use of cold enrichment systems and, consequently, also increases fuel consumption and, in the case of a vehicle engine, interferes with heating of the vehicle interior.
  • French Patent 2,317,489 describes a liquid cooling device for an internal combustion engine which provides degassing of the cooling circuit as soon as the engine is started while minimizing the volume of the coolant to be heated after this start-up. market.
  • This cooling device comprises a main cooling circuit comprising a radiator connected to the engine by a liquid inlet pipe and a return pipe, means for circulating the liquid between the engine and the radiator, and a thermostatic valve suitable for interrupt the circulation of the liquid when the temperature thereof is below a given value, a secondary cooling circuit mounted in parallel with the main circuit and comprising a low-volume degassing chamber connected to the engine by a liquid inlet pipe and a flow, and means for circulating the liquid between the engine and the degassing chamber, and an expansion tank connected to one of the cooling circuits.
  • the cooling device is characterized in that the expansion tank is connected to the main cooling circuit and in that one of the walls of the degassing chamber has an orifice connected to the expansion tank by through a valve arranged to open when gas is present in the chamber; when the valve opens, the gas from the degassing chamber thus escapes to the expansion tank.
  • the degassing chamber is arranged under the expansion vessel and the orifice allows direct communication between the upper part of the degassing chamber and the lower part of the expansion vessel.
  • an internal combustion engine 1 which comprises a main cooling circuit comprising a pump 2.
  • the degassing chamber 14 has a circular section and the conduits 17 and 18 are of small section, less than that of the conduits 3 and 5, and open tangentially.
  • the degassing chamber 14 is disposed under the expansion vessel 8 and adjoined to it by its upper part, the upper wall of the chamber constituting a part of the lower wall 19 of the vessel; it has a small section orifice 20 through which it can communicate directly with the expansion tank and which can be closed by a valve 21.
  • the apparent density of this valve is slightly less than or equal to the density of the coolant. It is connected at its upper part by an arm 22 to retaining arms 23 which limit its downward stroke by abutting against the partition 19.
  • the valve 6 When the cold engine starts, the valve 6 is closed, so that there is no circulation in the radiator 4.
  • the only liquid which passes through the expansion tank 8 is that which reaches it through the orifice 20
  • the pressure P in the expansion tank 8 is practically identical to the suction pressure.
  • the pressure P ′ in the chamber 14 is intermediate between the pressure in the engine before the valve 6, itself close to the discharge pressure of the pump 2, and the suction pressure of this pump.
  • the pressure P ′ in the chamber 14 is therefore greater than the pressure P in the expansion tank.
  • valve 21 is constituted by a spherical body, which can be retained by the arms 23 of which it is integral and the orifice 20 is formed in a flat part of the partition 19. But in the embodiment of Figure 3, the orifice 20 is formed in a spherical portion 19 a of the partition 19 and the seal 21 is retained by arms 24 integral with the partition.
  • a tranquilization grid 25 can optionally be provided under the valve.
  • the valve is constituted by a cylindrical mass 26 which carries at its upper part a finger 27 adapted to close the orifice 20 which is formed in a truncated part that or spherical 19 b of the partition 19.
  • the mass 26 is guided and retained by the arms 24 secured to the partition 19.
  • the tranquilization grid 25 attached to the arms 24 is also provided in this embodiment.
  • Figure 5 illustrates an embodiment similar to that of Figure 4.
  • the valve 30 is movable in a space limited by a frustoconical or spherical part 19 c of the wall 19, the arms 24 and the tranquilization grid 25 It consists of a body 31 extended by an upper part 32 and a lower part 33 of smaller dimensions.
  • the part 32 carries the finger 27 and it is guided by centering arms 34.
  • the lower part 33 is in the shape of a cross and it passes through an orifice 35 of the grid 25.
  • the lower face of the body 31 has a part 36 in the shape of a truncated cone to avoid accidental sticking to the grid 25.

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Abstract

Dispositif de refroidissement par liquide d'un moteur à combustion interne qui comporte un circuit principal de refroidissement comprenant un radiateur (4) relié au moteur (1) par un conduit d'arrivée (5) du liquide et un conduit de retour (3), des moyens (2) pour faire circuler le liquide entre le moteur (1) et le radiateur (4), et une vanne thermostatique (6) propre à interrompre la circulation du liquide lorsque la température de celui-ci est inférieure à une valeur donnée, au moins un circuit secondaire de refroidissement monté en parallèle avec le circuit principal et comprenant une chambre de dégazage (14) de faible volume reliée au moteur (1) par un conduit d'arrivée (17) de liquide et un conduit de départ (18), et des moyens (2) pour faire circuler le liquide entre le moteur (1) et la chambre de dégazage (14), et un vase d'expansion (8) relié à l'un des circuits de refroidissement. Le vase d'expansion (8) est relié au circuit de refroidissement principal et l'une (19) des parois de la chambre de dégazage (14) comporte un orifice (20) relié au vase d'expansion (8) par l'intermédiaire d'un clapet (21 ou 26) agencé pour s'ouvrir lorsque du gaz est présent dans la chambre (14).

Description

  • Le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne doit nécessairement comporter un dispositif de dégazage car on ne peut assurer une étanchéité absolue entre l'intérieur des cylindres et les chambres d'eau. On peut dégazer le moteur lui-même. Mais on augmente alors de façon importante le volume de liquide a chauf­fer dès le démarrage du moteur car ceci implique de chauffer le liquide contenu dans le vase d'expansion dès la mise en marche; on retarde donc la montée en température de ce moteur et de son circuit de refroidis­sement, ce qui augmente la pollution extérieure à cause de l'utilisation prolongée des systèmes d'enrichisse­ment à froid et, par voie de conséquence, augmente aussi la consommation de carburant et, dans le cas d'un moteur de véhicule, nuit au chauffage de l'habitacle du véhicule.
  • On peut également dégazer le radiateur. Mais, toujours dans le but d'arriver rapidement aux températures nor­males de fonctionnement, on ne fait pas circuler le liquide de refroidissement dans le radiateur dès la mise en marche du moteur. On peut par exemple utiliser une vanne thermostatique qui empêche la circulation du liquide lorsque la température de celui-ci est infé­rieure a une valeur donnée. Cette circulation ne s'éta­blit donc qu'après la période de démarrage et le déga­zage n'intervient qu'à ce moment-là, ce qui est un inconvénient.
  • Le brevet français 2 317 489 décrit un dispositif de refroidissement par liquide d'un moteur à combustion interne qui assure un dégazage du circuit de refroi­dissement dès la mise en marche du moteur tout en mini­misant le volume du liquide de refroidissement à chauf­fer après cette mise en marche. Ce dispositif de re­froidissement comporte un circuit principal de refroi­dissement comprenant un radiateur relié au moteur par un conduit d'arrivée du liquide et un conduit de re­tour, des moyens pour faire circuler le liquide entre le moteur et le radiateur, et une vanne thermostati­que propre à interrompre la circulation du liquide lorsque la température de celui-ci est inférieure a une valeur donnée, un circuit secondaire de refroi­dissement monté en parallèle avec le circuit principal et comprenant une chambre de dégazage de faible volume reliée au moteur par un conduit d'arrivée de liquide et un conduit de départ, et des moyens pour faire cir­culer le liquide entre le moteur et la chambre de dé­gazage, et un vase d'expansion relié à l'un des cir­cuits de refroidissement.
  • La présente invention a pour objet un perfectionnement apporté à ce dispositif de refroidissement. Selon l'in­vention, le dispositif de refroidissement est caracté­risé en ce que le vase d'expansion est relié au cir­cuit de refroidissement principal et en ce que l'une des parois de la chambre de dégazage comporte un ori­fice relié au vase d'expansion par l'intermédiaire d'un clapet agencé pour s'ouvrir lorsque du gaz est présent dans la chambre; lorsque le clapet s'ouvre, le gaz de la chambre de dégazage s'échappe ainsi vers le vase d'expansion.
  • Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la chambre de dégazage est disposée sous le vase d'expansion et l'orifice permet une communication di­recte entre la partie supérieure de la chambre de dé­gazage et la partie inférieure du vase d'expansion.
  • On a décrit ci-après, a titre d'exemple non limitatif, divers modes de réalisation du dispositif selon l'in­vention, avec référence aux dessins annexés dans les­quels :
    • La Figure 1 est le schéma de ce dispositif de refroidissement;
    • La Figure 2 est une vue en coupe de la chambre de dégazage suivant II-II de la Figure 1;
    • La Figure 3 montre un autre mode de réalisation du clapet;
    • La Figure 4 montre un troisième mode de realisa­tion du clapet;
    • La Figure 5 montre un quatrième mode de réalisa­tion du clapet;
    • La Figure 6 est une vue schématique illustrant une réalisation dans laquelle la chambre de déga­zage est éloignée du vase d'expansion et reliée a celui-ci par un conduit.
  • A la Figure 1, on voit un moteur 1 à combustion interne qui comporte un circuit principal de refroidissement comprenant une pompe 2.
  • Le liquide circule à travers le moteur et sort de celui-­ci par plusieurs circuits, à savoir :
    - Un circuit principal qui comprend un radiateur 4 relié au moteur 1 par un conduit d'arrivée 5 et un conduit de retour 3. Ce circuit comporte un clapet ou une vanne thermostatique 6 qui est fermé lorsque la température du liquide de refroidissement est in­férieure à une valeur donnée. Le conduit de retour 3 est relié, par l'intermédiaire d'un conduit 7, à la partie inférieure d'un vase d'expansion 8. Ce dernier est fermé à sa partie supérieure par un bouchon taré 9 et il est relié à un dispositif de dégazage 10 du ra­diateur 4.
    - Deux circuits secondaires dans lesquels le liquide circule en permanence :
    • a) un circuit utilisé pour le chauffage de l'habita­cle et comprenant un échangeur de chaleur 11 re­lié au moteur par un conduit d'alimentation 13 et un conduit de retour 12;
    • b) un conduit servant au réchauffage des organes an­nexes 16 tels que starter, circuit de ralenti, etc... ainsi qu'au dégazage du moteur. Il est constitué des conduits 15,17,18 et d'une chambre de dégazage 14. Le liquide sortant du moteur passe successi­vement dans le conduit 15, le ou les organes 16, le conduit 17, la chambre 14 et retourne à l'as­piration de la pompe 2 par le conduit 18.
  • Comme on le voit à la Figure 2, la chambre de dégazage 14 a une section circulaire et les conduits 17 et 18 sont de faible section, inférieure a celle des conduits 3 et 5, et débouchent tangentiellement.
  • La chambre de dégazage 14 est disposée sous le vase d'expansion 8 et accolée à celui-ci par sa partie supé­rieure, la paroi supérieure de la chambre constituant une partie de la paroi inférieure 19 du vase; elle com­porte un orifice de faible section 20 par lequel elle peut communiquer directement avec le vase d'expansion et qui peut être obturé par un clapet 21. La densité apparente de ce clapet est légèrement inférieure ou égale à la densité du liquide de refroidissement. Il est relié à sa partie supérieure par un bras 22 à des bras de retenue 23 qui limitent sa course vers le bas en venant buter contre la cloison 19.
  • On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention en utilisant la configuration de la Figure 6 dans la­quelle la chambre 14 est éloignée du vase d'expansion 8. Dans ce cas, les bras 23 du clapet 21 se trouvent dans une chambre 28 communiquant avec la chambre de dégaza­ge 14 par l'orifice 20, la chambre 28 étant en commu­nication avec le vase d'expansion 8 par un conduit 29. Ceci permet de monter le dispositif de l'invention sur un système de refroidissement d'un véhicule déjà exis­ tant.
  • Au démarrage du moteur froid, la vanne 6 est fermée, de sorte qu'il n'y a pas de circulation dans le radia­teur 4. Le seul liquide qui traverse le vase d'expansion 8 est celui qui y parvient par l'orifice 20. Etant donné les faibles dimensions de cet orifice et la faible sec­tion de la conduite 17, la pression P dans le vase d'ex­pansion 8 est pratiquement identique à la pression d'as­piration. Par contre, la pression P′ dans la chambre 14 est intermédiaire entre la pression dans le moteur avant la vanne 6, elle-même proche de la pression de refoulement de la pompe 2, et la pression d'aspiration de cette pompe. La pression P′ dans la chambre 14 est donc supérieure a la pression P dans le vase d'expan­sion. Sous l'effet de la différence de pression (P′ - P) et de la poussée d'Archimède due à sa densité légère­ment inférieure à celle du liquide, le clapet 21 vient s'appliquer sur son siège pratiquement dès la mise en marche du moteur.
  • Lorsque du gaz s'est accumulé dans la chambre 14, il se concentre dans la zone ou se trouve le clapet 21 du fait de la rotation du liquide dans cette chambre. La poussée d'Archimède sur le clapet 21 diminue et il s'ou­vre dès que l'inégalité suivante est vérifiée : p > (P′ - P) s
    p étant le poids du flotteur diminué de la poussée d'Ar­chimède et s la section de l'orifice 20.
  • Si cette inégalité n'est pas vérifiée dans une certaine réalisation, on peut augmenter le volume du clapet, donc son poids, diminuer la section s ou la différence P′ - P, cette diminution pouvant être obtenue en modi­fiant les dimensions internes des conduits 15, 17 et 18, en augmentant les pertes de charge en amont de la cham­bre 14, par exemple en prévoyant un diaphragme sur l'un des conduits 15 et 17, ou en diminuant la perte de char­ge P′ - P.
  • Aux Figures 1 et 2, le clapet 21 est constitué par un corps sphérique, pouvant être retenu par les bras 23 dont il est solidaire et l'orifice 20 est ménagé dans une partie plane de la cloison 19. Mais dans le mode de réalisation de la Figure 3, l'orifice 20 est ménagé dans une partie sphérique 19a de la cloison 19 et le clapet 21 est retenu par des bras 24 solidaires de la cloison. Une grille de tranquillisation 25 peut éven­tuellement être prévue sous le clapet.
  • Dans le mode de réalisation de la Figure 4, le clapet est constitué par une masse cylindrique 26 qui porte à sa partie supérieure un doigt 27 propre à obturer l'orifice 20 qui est ménagé dans une partie tronconi­ que ou sphérique 19b de la cloison 19. La masse 26 est guidée et retenue par les bras 24 solidaires de la cloison 19. La grille de tranquillisation 25 accrochée aux bras 24 est également prévue dans ce mode de réali­sation.
  • La Figure 5 illustre un mode de réalisation voisin de celui de la Figure 4. Comme précédemment, le clapet 30 est mobile dans un espace limité par une partie tronco­nique ou sphérique 19c de la paroi 19, les bras 24 et la grille de tranquillisation 25. Il se compose d'un corps 31 prolongé par une partie supérieure 32 et une partie inférieure 33 de plus faibles dimensions. La partie 32 porte le doigt 27 et elle est guidée par des bras de centrage 34. La partie inférieure 33 est en forme de croix et elle passe à travers un orifice 35 de la grille 25. La face inférieure du corps 31 présen­te une partie 36 en forme de tronc de cône pour éviter un collage accidentel sur la grille 25.

Claims (12)

1. Dispositif de refroidissement par liquide d'un mo­teur à combustion interne qui comporte un circuit prin­cipal de refroidissement comprenant un radiateur(4) re­lié au moteur (1) par un conduit d'arrivée (5) du li­quide et un conduit de retour (3), des moyens (2) pour faire circuler le liquide entre le moteur (1) et le ra­diateur (4) , et une vanne thermostatique (6) propre à interrompre la circulation du liquide lorsque la tempé­rature de celui-ci est inférieure à une valeur donnée, au moins un circuit secondaire de refroidissement monté en parallèle avec le circuit principal et comprenant une chambre de dégazage (14) de faible volume reliée au moteur (1) par un conduit d'arrivée (17) de liquide et un conduit de départ (18), et des moyens (2) pour faire circuler le liquide entre le moteur (1) et la chambre de dégazage (14), et un vase d'expansion (8) relié à l'un des circuits de refroidissement,
caractérisé en ce que le vase d'expansion (8) est relié au circuit de refroidissement principal et en ce que l'une (19) des parois de la chambre de dégazage (14) comporte un orifice (20) relié au vase d'expansion (8) par l'intermédiaire d'un clapet (21 ou 26) agencé pour s'ouvrir lorsque du gaz est présent dans la chambre (14).
2. Dispositif de refroidissement selon la revendica­tion 1,
caractérisé en ce que la chambre de dégazage (14) est disposée sous le vase d'expansion (8) et en ce que l'orifice (20) permet une communication directe entre la partie supérieure de la chambre de dégazage (14) et la partie inférieure du vase d'expansion (8).
3. Dispositif de refroidissement selon la revendica­tion 1,
caractérisé en ce que la chambre de dégazage (14) est éloignée du vase d'expansion (8), ledit orifice (20) étant relié à celui-ci par un conduit (29).
4. Dispositif de refroidissement selon l'une des reven­dications 1 à 3,
caractérisé en ce que la chambre de dégazage (14) est de section circulaire et en ce que les conduits d'en­trée (17) et de sortie (18) y débouchent tangentielle­ment.
5. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que le clapet (21,26 ou 30) a une densité au plus égale à celle du liquide de refroidis­sement.
6. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que les conduits (17 et 18) reliant la chambre de dégazage (14) au moteur (1) ont une sec­tion inférieure à celle des conduits (3 et 5) reliant le radiateur (4) à ce moteur (1).
7. Dispositif de refroidissement selon l'une quelcon­que des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le clapet (21) comporte à sa partie supérieure des bras de retenue (23) qui limi­tent sa course vers le bas en venant buter contre la cloison (19) de la chambre (14).
8. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé par des bras de retenue (24) solidaires de la paroi (19) et limitant la course du clapet (21) vers le bas.
9. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le clapet (21) est sphérique.
10. Dispositif de refroidissement selon l'une des re­vendications précédentes,
caractérisé en ce que l'orifice (20) est ménagé dans une partie plane de la paroi (19).
11. Dispositif de refroidissement selon l'une quelcon­que des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que l'orifice (20) est ménagé dans une partie sphérique (19a) de la paroi (19).
12. Dispositif de refroidissement selon l'une quelcon­que des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que le clapet (26) est constitué par une masse cylindrique qui porte à sa partie supérieure un doigt propre à obturer l'orifice (20) ménagé dans une partie tronconique (19b) de la cloison (19).
EP89403455A 1988-12-14 1989-12-13 Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne Expired - Lifetime EP0374038B1 (fr)

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