EP0581682A1 - Dispositif de refroidissement comprenant un condenseur pour un moteur thermique - Google Patents

Dispositif de refroidissement comprenant un condenseur pour un moteur thermique Download PDF

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EP0581682A1
EP0581682A1 EP93401972A EP93401972A EP0581682A1 EP 0581682 A1 EP0581682 A1 EP 0581682A1 EP 93401972 A EP93401972 A EP 93401972A EP 93401972 A EP93401972 A EP 93401972A EP 0581682 A1 EP0581682 A1 EP 0581682A1
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fluid
condenser
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inlet
temperature
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EP93401972A
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Ngy Srun Ap
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Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • 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
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
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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
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    • F01P3/22—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point
    • F01P2003/2292—Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point with thermostatically controlled by-pass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/04—Lubricant cooler
    • 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 invention relates to a device for cooling a heat engine, comprising a condenser for a coolant capable of circulating in the liquid phase and in the vapor phase, a fluid circulation pump and an expansion tank.
  • a device of this type in which a phase separator separates the liquid phase and the vapor phase from the fluid leaving the engine, the vapor phase being sent to the condenser to be condensed and cooled and the liquid phase being directed to the vessel. expansion and thence returning to the engine without passing through the condenser.
  • the fluid cooled by this known device before entering the engine, passes through a heating radiator, at least when it is necessary in winter to heat the passenger compartment of the vehicle.
  • a heating radiator At least when it is necessary in winter to heat the passenger compartment of the vehicle.
  • this fluid is condensed and cooled in the condenser to a temperature which may be too low to allow sufficient heating of the passenger compartment.
  • the object of the invention is to remedy this drawback, while maintaining the modulation of the heat flow given off by the cooling fluid in the condenser according to the load of the engine.
  • the invention relates in particular to a device of the kind defined in the introduction, further comprising a three-way thermostatic valve controlled by the temperature of the fluid, operating between a first extreme position and a second extreme position in which, respectively, the fluid in liquid phase from the motor avoids the condenser, for the lowest temperatures, and passes through it, for the highest temperatures, and at least one intermediate position in which part of the fluid leaving the motor avoids the condenser while the other part of the fluid passes through said condenser.
  • the three-way valve allows a fraction of the fluid to flow through the condenser the higher the temperature of the latter. However, there is always a fraction of the fluid which does not pass through the condenser, thus avoiding excessive cooling.
  • FIGS. 1, 2 and 3 are diagrams showing the configuration of a cooling device according to the invention for different temperatures of the coolant.
  • the illustrated cooling device is intended to cool the heat engine 1 of a motor vehicle. It uses a cooling fluid which circulates between the engine 1 and a condenser 2 filled with this fluid, the latter entering the engine in the liquid phase by an inlet 3 and coming out, via an outlet 4, if necessary at least partially in vapor phase, depending on engine operating conditions.
  • a line 5 brings the fluid from the outlet 4 to an inlet 6 of the condenser which opens into an inlet chamber 7. After possible condensation in the condenser, the fluid leaves through an outlet 8 opening into an outlet chamber 9.
  • a pipe 10 connects the outlet 8 to a first inlet 11 of a three-way thermostatic mixing valve 12.
  • Another pipe 13 connects the single outlet 14 of the valve 12 to a circulation pump 15.
  • a pipe 16 brings the liquid from the pump 15 at the inlet 3 of the engine through a radiator for heating the passenger compartment 17.
  • a water-oil exchanger 18, used for cooling the lubricating oil of the engine 1, is interposed on a line 19 which is connected in bypass between line 16 and line 5. The flow of fluid produced by the pump 15 is therefore shared between a fraction passing through the engine 1 and a fraction passing through the exchanger 18.
  • a line 20 starts from line 5 and arrives at a second inlet 21 of the three-way thermostatic valve.
  • This comprises a closure member 22 which moves, as a function of the temperature of the fluid, between two extreme positions, namely a first position illustrated in FIG. 1, in which it closes the inlet 11 and a second position illustrated in FIG. 3, in which it closes the inlet 21 for the fluid in the liquid phase while allowing the penetration of the fluid in the vapor phase by this inlet.
  • the fluid cooling which comes out is at low temperature, and the shutter member is in its first position closing the inlet 11.
  • the fluid cannot circulate in the condenser and passes entirely through the pipe 20 and through the inlet 21 of the three-way valve. This position is maintained, in the example described, up to a temperature of 88 ° C., thus allowing rapid heating of the engine.
  • the shutter member 22 is in an intermediate position, as shown in FIG. 2.
  • the shutter member 22 prohibits l input 21 of the valve to the fluid in the liquid phase but allows the fluid in the vapor phase to penetrate by the latter.
  • This vapor phase fluid mixes in the valve with the liquid phase fluid exiting the condenser and heats it somewhat, which makes it possible to maintain sufficient efficiency for the heating radiator 17.
  • the illustrated device also comprises an expansion tank 23 having a variable internal volume thanks to a deformable membrane 24, this internal volume containing coolant in the liquid phase 25.
  • the expansion tank is connected by a degassing pipe 26 to a cold degassing valve 27 mounted on line 5, immediately upstream of the branch of line 20, and by a return line 28 to line 13, these lines 26 and 28 being lower than the vessel expansion.
  • the valve 27 When the temperature of the fluid leaving the engine is less than 95 ° C., the valve 27 is open and allows the air which can be mixed with this fluid to rise through the pipe 26 and to collect at 29 in the interior volume of the expansion vessel, above the liquid 25.
  • the valve 27 closes to prevent the passage of fluid in the vapor phase to the expansion vessel.

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Abstract

Une vanne thermostatique à trois voies (12) permet à une fraction du débit de fluide de refroidissement sortant du moteur (1) d'un véhicule, fonction décroissante de la température du fluide, de court-circuiter le condenseur (2). Cette vanne à trois voies est une vanne mélangeuse qui, même dans sa position obligeant le fluide en phase liquide à traverser le condenseur, permet le passage de fluide en phase vapeur hors de celui-ci de façon que le fluide renvoyé vers le moteur et passant dans un radiateur de chauffage (17) soit à une température suffisante pour assurer un chauffage efficace de l'habitacle du véhicule. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur thermique, comprenant un condenseur pour un fluide de refroidissement propre à circuler en phase liquide et en phase vapeur, une pompe de circulation du fluide et un vase d'expansion.
  • On connaît un dispositif de ce genre, dans lequel un séparateur de phases sépare la phase liquide et la phase vapeur du fluide sortant du moteur, la phase vapeur étant envoyée dans le condenseur pour être condensée et refroidie et la phase liquide étant dirigée vers le vase d'expansion et de là retournant au moteur sans passer par le condenseur.
  • Le fluide refroidi par ce dispositif connu, avant de rentrer dans le moteur, traverse un radiateur de chauffage, au moins quand il est nécessaire en hiver de chauffer l'habitacle du véhicule. Lorsque la charge du moteur est forte et que le fluide qui en sort est pratiquement entièrement en phase vapeur, ce fluide est condensé et refroidi dans le condenseur jusqu'à une température qui peut être trop basse pour permettre un chauffage suffisant de l'habitacle.
  • Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient, tout en maintenant la modulation du débit de chaleur cédée par le fluide de refroidissement dans le condenseur en fonction la charge du moteur.
  • L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, comprenant en outre une vanne thermostatique à trois voies commandée par la température du fluide, fonctionnant entre une première position extrême et une seconde position extrême dans lesquelles, respectivement, le fluide en phase liquide provenant du moteur évite le condenseur, pour les températures les plus basses, et traverse celui-ci, pour les températures les plus élevées, et au moins une position intermédiaire dans laquelle une partie du fluide sortant du moteur évite le condenseur alors que l'autre partie du fluide traverse ledit condenseur.
  • La vanne à trois voies permet de faire passer dans le condenseur une fraction du fluide d'autant plus grande que la température de celui-ci est plus élevée. Cependant, il reste toujours une fraction du fluide qui ne traverse pas le condenseur, évitant ainsi un refroidissement trop poussé.
  • D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, du dispositif selon l'invention sont énoncées ci-après :
    • - Il comprend une conduite d'entrée pour amener le fluide sortant du moteur à une entrée du condenseur, une conduite de sortie reliant une sortie du condenseur à une première entrée de la vanne à trois voies, fermée pour les températures les plus basses, une conduite de retour reliant une sortie unique de la vanne à trois voies au moteur, et une conduite de dérivation reliant la conduite d'entrée à une seconde entrée de la vanne à trois voies, fermée pour les températures les plus élevées.
    • - La pompe est montés dans la conduite de sortie, en aval de l'embranchement de la première conduite de dérivation.
    • - Il comprend un clapet de dégazage à froid interposé sur la conduite d'entrée, en amont de l'embouchure de la conduite de dérivation, permettant la communication avec le vase d'expansion, en vue du dégazage du fluide provenant du moteur, seulement lorsque la température de celui-ci est inférieure à sa température d'ébullition.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels les figures 1, 2 et 3 sont des schémas montrant la configuration d'un dispositif de refroidissement selon l'invention pour différentes températures du fluide de refroidissement.
  • Les mêmes éléments sont représentés dans les trois figures, et ils sont désignés par les mêmes numéros de référence.
  • Le dispositif de refroidissement illustré est destiné à refroidir le moteur thermique 1 d'un véhicule automobile. Il utilise un fluide de refroidissement qui circule entre le moteur 1 et un condenseur 2 rempli de ce fluide, ce dernier entrant dans le moteur en phase liquide par une entrée 3 et en ressortant, par une sortie 4, le cas échéant au moins partiellement en phase vapeur, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur.
  • Une conduite 5 amène le fluide de la sortie 4 à une entrée 6 du condenseur qui débouche dans une chambre d'entrée 7. Après condensation éventuelle dans le condenseur, le fluide en ressort par une sortie 8 débouchant dans une chambre de sortie 9. Une conduite 10 relie la sortie 8 à une première entrée 11 d'une vanne thermostatique à trois voies mélangeuse 12. Une autre conduite 13 relie la sortie unique 14 de la vanne 12 à une pompe de circulation 15. Une conduite 16 ramène le liquide de la pompe 15 à l'entrée 3 du moteur à travers un radiateur de chauffage de l'habitacle 17. Un échangeur eau-huile 18, servant au refroidissement de l'huile de lubrification du moteur 1, est interposé sur une conduite 19 qui est branchée en dérivation entre la conduite 16 et la conduite 5. Le débit de fluide produit par la pompe 15 est donc partagé entre une fraction traversant le moteur 1 et une fraction traversant l'échangeur 18.
  • Une conduite 20 part de la conduite 5 et arrive à une seconde entrée 21 de la vanne thermostatique à trois voies. Celle-ci comporte un organe d'obturation 22 qui se déplace, en fonction de la température du fluide, entre deux positions extrêmes, à savoir une première position illustrée à la figure 1, dans laquelle il obture l'entrée 11 et une seconde position illustrée à la figure 3, dans laquelle il obture l'entrée 21 pour le fluide en phase liquide tout en permettant la pénétration du fluide en phase vapeur par cette entrée.
  • Lors du démarrage à froid du moteur 1, le fluide de refroidissement qui en sort est à basse température, et l'organe d'obturation est dans sa première position obturant l'entrée 11. Le fluide ne peut circuler dans le condenseur et passe en totalité dans la conduite 20 et par l'entrée 21 de la vanne à trois voies. Cette position est maintenue, dans l'exemple décrit, jusqu'à une température de 88°C, permettant ainsi un échauffement rapide du moteur.
  • Entre cette température et celle de 95°C, qui correspond à peu près à la température d'ébullition du fluide, l'organe d'obturation 22 est dans une position intermédiaire, comme montré à la figure 2. Une fraction du débit de fluide sortant du moteur, fonction croissante de la température de ce fluide, traverse le condenseur et parvient à la vanne à trois voies par la conduite 10 et l'entrée 11, la fraction restante passant par la conduite 20 et l'entrée 21, ce qui assure une régulation de la température du fluide traversant le radiateur 17 et entrant dans le moteur.
  • Enfin, lorsque la température est supérieure à 95°C, ce qui correspond à une charge élevée du moteur et à l'arrivée de fluide en phase vapeur au condenseur et à la vanne à trois voies, l'organe d'obturation 22 interdit l'entrée 21 de la vanne au fluide en phase liquide mais permet à du fluide en phase vapeur de pénétrer par celle-ci. Ce fluide en phase vapeur se mélange dans la vanne au fluide en phase liquide sortant du condenseur et le réchauffe quelque peu, ce qui permet de conserver pour le radiateur de chauffage 17 une efficacité suffisante.
  • Le dispositif illustré comprend encore un vase d'expansion 23 présentant un volume intérieur variable grâce à une membrane déformable 24, ce volume intérieur contenant du fluide de refroidissement en phase liquide 25. Le vase d'expansion est relié par une conduite de dégazage 26 à un clapet de dégazage à froid 27 monté sur la conduite 5, immédiatement en amont de l'embranchement de la conduite 20, et par une conduite de retour 28 à la conduite 13, ces conduites 26 et 28 étant plus bas que le vase d'expansion. Lorsque la température du fluide sortant du moteur est inférieure à 95°C, le clapet 27 est ouvert et permet à l'air qui peut être mélangé à ce fluide de monter par la conduite 26 et de se rassembler en 29 dans le volume intérieur du vase d'expansion, au-dessus du liquide 25. Lorsque la température du fluide est supérieure à 95°C, le clapet 27 se ferme pour interdire le passage de fluide en phase vapeur vers le vase d'expansion.
  • Le dispositif comprend également, de façon connue en soi, un thermocontact 30 placé sur la conduite 13 pour commander en fonction de la température un groupe motoventilateur 31 destiné à accélérer la circulation d'air de refroidissement à travers le condenseur 2, un thermocontact 32 placé sur la conduite 5, près de la sortie 4 du moteur, pour signaler une température anormalement élevée, et un détecteur de niveau de liquide 33 monté sur le fond du vase d'expansion 23 et propre à fournir un signal lorsque celui-ci ne contient pas de liquide, indiquant ainsi que la quantité de fluide dans le circuit de refroidissement est insuffisante.

Claims (4)

1. Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique (1), comprenant un condenseur (2) pour un fluide de refroidissement propre à circuler en phase liquide et en phase vapeur, une pompe (15) de circulation du fluide et un vase d'expansion (23), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une vanne thermostatique à trois voies (12) commandée par la température du fluide, fonctionnant entre une première position extrême et une seconde position extrême dans lesquelles, respectivement, le fluide en phase liquide provenant du moteur évite le condenseur, pour les températures les plus basses, et traverse celui-ci, pour les températures les plus élevées, et au moins une position intermédiaire dans laquelle une partie du fluide sortant du moteur (1) évite le condenseur (2) alors que l'autre partie du fluide traverse ledit condenseur (2).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite d'entrée (5) pour amener le fluide sortant du moteur à une entrée (6) du condenseur, une conduite de sortie (10) reliant une sortie (8) du condenseur une première entrée (11) de la vanne à trois voies, fermée pour les températures les plus basses, une conduite de retour (13,16) reliant une sortie unique (14) de la vanne à trois voies au moteur, et une conduite de dérivation (20) reliant la conduite d'entrée (5) à une seconde entrée (21) de la vanne à trois voies, fermée pour les températures les plus élevées.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pompe (15) est montée dans la conduite de retour (13,16), en aval de l'embranchement de la première conduite de dérivation.
4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet de dégazage à froid (27) interposé sur la conduite d'entrée, en amont de l'embouchure de la conduite de dérivation, permettant la communication avec le vase d'expansion (23), en vue du dégazage du fluide provenant du moteur, seulement lorsque la température de celui-ci est inférieure à sa température d'ébullition.
EP93401972A 1992-07-29 1993-07-29 Dispositif de refroidissement comprenant un condenseur pour un moteur thermique Withdrawn EP0581682A1 (fr)

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FR9209408 1992-07-29
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EP0581682A1 true EP0581682A1 (fr) 1994-02-02

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FR2728622A1 (fr) * 1994-12-21 1996-06-28 Renault Dispositif de refroidissement par evaporation pour moteur a combustion interne
CN102817696A (zh) * 2012-09-07 2012-12-12 三一重机有限公司 工程机械冷却系统、冷却方法及挖掘机

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FR2694337B1 (fr) 1994-09-30

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