EP0374038B1 - Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne - Google Patents

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EP0374038B1
EP0374038B1 EP89403455A EP89403455A EP0374038B1 EP 0374038 B1 EP0374038 B1 EP 0374038B1 EP 89403455 A EP89403455 A EP 89403455A EP 89403455 A EP89403455 A EP 89403455A EP 0374038 B1 EP0374038 B1 EP 0374038B1
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EP
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cooling device
chamber
valve
engine
liquid
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Jean-Claude Antoviaque
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Automobiles Citroen SA
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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    • 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
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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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    • 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
    • F01P11/028—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. However, the volume of liquid to be heated is then significantly increased as soon as the engine is started because 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 departure excluding any valve so that liquid circulates permanently in this secondary circuit, and means for circulating the liquid between the engine and the degassing chamber, and an expansion tank connected to one of the cooling circuits.
  • Patent EP-A-0 250 734 describes a cooling device, the degassing chamber of which is located on the return line from the radiator to the engine, immediately upstream of the suction pump, tapering from its lower part to its upper part, and communicates at its upper part with the expansion tank via a small diameter pipe fitted with a non-return valve.
  • the present invention relates to a cooling device characterized in that the flow line from the degassing chamber opens into the return line of the main circuit, the expansion tank being connected directly 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 means of a valve arranged to open when gas is present in the chamber.
  • 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.
  • the valve 21 comes to apply on its seat practically as soon as the engine.
  • 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 frustoconical part 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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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 à 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 à l'exclusion de toute vanne de sorte que du liquide circule en permanence dans ce circuit secondaire, 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. Le brevet EP-A- 0 250 734 décrit un dispositif de refroidissement dont la chambre de dégazage se trouve sur la conduite de retour du radiateur au moteur, immédiatement en amont de la pompe d'aspiration, va en se rétrécissant de sa partie inférieure à sa partie supérieure, et communique à sa partie supérieure avec le vase d'expansion par une conduite de faible diamètre munie d'un clapet anti-retour.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement caractérisé en ce que la conduite de départ de la chambre de dégazage débouche dans la conduite de retour du circuit principal, le vase d'expansion étant relié directement 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.
  • 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, à 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 réalisation 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 à 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 circuit 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 existant.
  • 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
    Figure imgb0001

    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 tronconique 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 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) à l'exclusion de toute vanne de sorte que du liquide circule en permanence dans ce circuit secondaire, 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 la conduite de départ (18) de la chambre de dégazage (14) débouche dans la conduite de retour (3) du circuit principal, le vase d'expansion (8) étant relié directement 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 quelconque 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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EP0374038A1 EP0374038A1 (fr) 1990-06-20
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