EP1197644A1 - Système et procédé de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride - Google Patents

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EP1197644A1
EP1197644A1 EP01402641A EP01402641A EP1197644A1 EP 1197644 A1 EP1197644 A1 EP 1197644A1 EP 01402641 A EP01402641 A EP 01402641A EP 01402641 A EP01402641 A EP 01402641A EP 1197644 A1 EP1197644 A1 EP 1197644A1
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radiator
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling system for hybrid propulsion vehicle.
  • Hybrid vehicles generally include a thermal engine, one or two electric motors, a generator electrical voltage, and a set of electronic converter of power which either powers the electric motor (s) or charges the batteries, all of which must be cooled in order to operate within conditions for which they are intended. We are looking to take advantage of this double motorization to minimize consumption and polluting emissions, so as to remain below the authorized levels.
  • Engine coolant electric has a flow rate of the order of 100 to 500 l / hour at a temperature of 50 to 70 °.
  • the coolant of a heat engine has a flow which can be twenty times higher, at a temperature of the order of 100 to 110 ° maximum.
  • Document FR 2 748 428 describes a cooling system for a hybrid propulsion vehicle comprising a heat engine and a electric motor, comprising a heat transfer liquid circulating in the engines and in a radiator and means for that, the heat engine being stopped and the electric motor running, the liquid coolant circulates in a first part of the radiator only, and so that, with both engines running, the heat transfer liquid circulates in both parts of the radiator.
  • the present invention proposes to overcome the limitations of classic techniques by proposing a cooling system working optimally in all cases and allowing reduce energy consumption and polluting emissions.
  • the present invention proposes to reduce the duration of operation of a coolant circulation pump in the electric motor.
  • the present invention proposes to maintain the electric motor and low temperature power electronics.
  • the cooling system is intended for a hybrid propulsion vehicle comprising an engine thermal and at least one electric motor.
  • the system is of the type comprising a heat transfer fluid capable of cooling the combustion engines and electric, a radiator comprising a plurality of channels cooling and capable of cooling the heat transfer liquid by exchange thermal with an air current, a first pipe between said radiator and heat engine in the direction of fluid flow coolant and a second pipe between said heat engine and said radiator in the flow direction of the heat transfer fluid.
  • the system includes a branch pipe comprising a first branch connected to the first pipe and a second branch connected to a pipe upstream of the engine, said bypass pipe being able to cool the electric motor.
  • the first branch goes through the motor electric and an electronic power unit of the electric motor.
  • the first branch is equipped with a heat transfer fluid circulation pump.
  • said pump circulation of the heat transfer fluid is driven by the electric motor.
  • said pump circulation of heat transfer fluid is driven regardless of electric motor.
  • the bypass line includes a third branch connected to the second pipe.
  • the second branch is connected to an outlet pipe of a heating radiator of a vehicle interior.
  • the bypass line includes a fourth branch connected to the output of the upstream heat engine a thermostat.
  • the branches of the bypass pipe are connected to each other by a multi-way valve.
  • a thermostat is integrated into said multi-way valve.
  • the multi-way valve includes a rotating control core.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a cooling system as above.
  • the invention also provides a cooling method for hybrid propulsion vehicle comprising an internal combustion engine and minus an electric motor cooled by the circulation of a fluid heat transfer medium in said motors, a means of heat exchange, a first pipe between said heat exchange means and the engine thermal in the flow direction of the heat transfer fluid and a second pipe between said heat engine and said exchange means thermal in the direction of flow of the heat transfer fluid, process in which, the heat transfer fluid is circulated in a bypass connected from the first part to the first pipe and from second part to a pipe upstream of the engine, for cool the electric motor.
  • the cooling is thus carried out in series, the fluid coolant passing through the bypass line then passing through the heat engine which is preferable in case of high temperature outlet of the heat exchange medium.
  • the flow of heat transfer fluid is varied in the bypass line as a function of the temperature leaving the heat exchange medium.
  • This operating mode can also be adopted when the engine is stopped, if the pump associated with the engine is electrically driven or if said pump can be bypassed. We can thus preheat the engine.
  • the term “electric motor” defines all the machines that convert electrical energy into mechanical energy, or mechanical energy into electrical energy
  • power electronics defines all electronics which convert alternating current into direct current, current continuous in alternating current, high voltage current in low voltage, or from low voltage current to high current voltage.
  • the system of cooling is associated with a heat engine 1 and a motor electric 2 provided with an electronic power unit 3.
  • This unit power electronics 3 is usually placed before the engine electric 2 because its operating temperature is lower than the electric motor.
  • the cooling system includes a radiator 6, the outlet is connected to a pipe 7 and the inlet of which is connected to a pipe 8.
  • Line 7 is connected to a pump 9, the outlet of which is connected to the motor 1.
  • the pump 9 can be driven by the engine 1 or by an electric motor dedicated to it and which has not been shown.
  • the output of motor 1 is provided with a thermostat 10, itself connected to the pipe 8.
  • the radiator 6 is generally provided with a fan 11 motorized, capable of accelerating the flow of air through said radiator 6.
  • the cooling system includes a temperature 12 disposed at the outlet of engine 1, immediately upstream of the thermostat 10, a temperature sensor 13 mounted on line 7 at the outlet of the radiator 6, and a control unit 14 receiving temperature information from sensors 12 and 13.
  • the connection between the control unit 14 and the sensors 12 and 13 can be carried out by dedicated electrical wires or via a bus communication.
  • the input of the heating radiator 4 is connected to an output of the engine 1 and the output of the radiator 4 is connected to line 7. From even, the inlet of the exchanger 5 is connected to an outlet of the heat engine 1 and its output is connected to line 7.
  • the cooling system further includes a line branch referenced 15 as a whole and provided with several branches, and a multi-way valve 16 to which said said are connected branches.
  • a first branch 17 is connected, on the one hand to the pipe 7 downstream of the temperature sensor 13 and, on the other hand to the multi-way valve 16.
  • the branch 17 passes through the electric motor 2 and through the electronic power unit 3.
  • the circulation of the cooling in said branch 17 keeps the engine 2 and the electronic power unit 3 at a temperature of normal operation, if possible low enough that common industrial components, both electrical and electronic, can be used in the construction of these elements.
  • An electric pump 21 is also provided, arranged on the branch 7, controlled by the control unit 14 and circulating the coolant in said branch 17.
  • a second branch 18 is connected at one end to the first pipe 7 near the pump 9 and at the opposite end to the multi-way valve 16.
  • a third branch 19 is connected, on the one hand to the pipe 8 and, on the other hand to the multi-way valve 16.
  • a fourth branch 20 is connected on the one hand to an output of the heat engine 1 upstream of the thermostat 10 and, on the other hand to the multi-way valve 16.
  • the multi-way valve 16 is able to connect the branches 17 and 18 in closing off branches 19 and 20, connecting branches 17 and 19 by closing off the other branches and communicating the branches 17 and 20 by closing off the other branches, on the order of the unit control 14 to which it is connected.
  • the multi-way valve 16 which is here four has the function of ensuring the selective passage of the cooling between the branch 17 and one of the other three branches 18, 19 or 20.
  • the operation of the cooling system is as follows. If the temperature of the water as measured by the sensor 12 is less than a predetermined temperature T c1 and which is less than or equal to the temperature T ot opening of the thermostat 10, generally between 83 and 89 ° C, the multi-way valve 16 connects the branches 17 and 20 and allows the fluid to pass from the branch 20 to the branch 17, when the heat engine 1 is in operation. Indeed, the cooling fluid which is in the heat engine 1 is subjected to a high pressure due to the pump 9, pressure higher than that prevailing in the branch 17, the pump 21 being kept stopped.
  • the multi-way valve 16 puts branches 17 and 19 into communication.
  • the pump 21 is switched on at low speed, for example with a low supply voltage U 1 .
  • the electric motor 2 and the electronic power unit 3 are then cooled by means of the radiator 6, the heat exchange capacity of which is much greater, for example by a factor of the order of 3 to 5, than the heat capable to be released by the electric motor 2 and the electronic power unit 3.
  • the pipe 8, the radiator 6 and the pipe 7 being dimensioned for the high flow rates of coolant required by the heat engine 1, the pressure drops are weak. The energy consumed by the pump 21 is therefore also low. Its wear is also.
  • the multi-way valve 16 connects the branches 17 and 18.
  • the pump 21 is started. In other words, part of the output flow rate of the radiator 6 is derived by the branches 17 and 18.
  • the electric motor 2 and the electronic power unit 3 are cooled by coolant output from the radiator 6, and therefore at low temperature.
  • the pump 21 operates at low flow rate, for example with the low supply U 1 , and on the other hand if the sensor 13 indicates a temperature higher than the temperature T c2 , the pump 21 operates at high flow rate, for example supplied by a voltage U 2 greater than U 1 to obtain a higher flow rate in the branch 17. It will be understood that T c2 is greater than T ot .
  • control unit 14 of the cooling can control the operation of fan 11 in function of the temperature measured by the sensor 13.
  • the multi-way valve 16 connects the branches 17 and 19.
  • the pump 21 is started at low flow rate, for example supplied by the voltage U 1 .
  • the radiator 6 then ensures the cooling of the electric motor 2 and of the electronic power unit 3, which can operate at the low temperatures which are required by the components of large series, at low cost, which one wishes to use.
  • the water temperature at the inlet of the electric motor 2 and of the electronic power unit 3 remains very low in all operating cases. Measurements carried out on a prototype show that even in the case where the heat engine 1 is in operation and where the water temperature at the outlet of the engine is higher than the temperature T ot opening the thermostat, the temperature at the outlet of the radiator 6 remains below 85 ° C for 85% of the vehicle's operating time. For cases where the temperature measured by the sensor 13 is greater than T c2 , the increase in the flow rate of the pump 21 and / or the triggering of the fan 11 makes it possible to maintain this temperature within the desired limits.
  • the pump 21 needs a low power, rotates slower and less frequently.
  • the pump 18 is stopped.
  • the heat exchange capacity of the radiator 6, dimensioned for the heat losses of the heat engine 1 is largely in excess of the engine thermal losses 2 and of the electronic power unit 3 and therefore allows the pump 21 to operate at low flow.
  • branches 17, 18 and 19 are connected to pipes 7 and 8 of large diameter, which minimizes the pressure drop undergone by the fluid driven by the pump 21.
  • valve 16 comprises a cylindrical casing 22 and a rotary core 23 which can rotate around axis 24 under the action of an electric motor 25.
  • the casing 22 has a so-called “lower” level, the casing 22 is provided with a hole in which opens branch 17.
  • the housing 22 is provided with three holes in each from which branches 18, 19 and 20 emerge respectively.
  • the nucleus 23 includes a Z-shaped fluid passage 26 and an annular cavity outer 27.
  • the annular cavity 27 is in communication with the branch 17, whatever the angular position of the core 23.
  • the cavity annular 27 is in communication with passage 26.
  • the fluid passage 26 can be C-shaped or other shapes with a milder change in the flow direction to reduce loss of fluid pressure.
  • the core 23 can be positioned on three angular positions, such that passage 26 is opposite one of the branches 18, 19 or 20, to respectively authorize the setting communication from branches 17 and 18, 17 and 19 or 17 and 20. From any initial state of nucleus 23, we can go directly to a other state without going through an intermediate state other than a state total shutter. The passage from one state to another is done by a simple 120 ° rotation of the core 23 in one direction or the other.
  • FIG. 4 a particularly compact variant is illustrated in which it is proposed to integrate the valve 16 into the thermostat 10.
  • the thermostat 10 comprises a fixing plate 28 on the motor, so that the inlet 29 of the thermostat 10 is connected to a coolant outlet of the heat engine 1 of FIG. 1.
  • the thermostat 10 comprises an outlet 30 intended to be connected to the pipe 8 of FIG. 1, and an outlet 31 provided to be connected to the radiator 4 and to the exchanger 5 of FIG. 1.
  • the inlet 29 and the outlet 31 are in free communication.
  • a valve 32 actuated by a spring 33 is provided between the inlet 29 and the outlet 30, a valve 32 actuated by a spring 33 is provided. At low temperature, less than T ot , the spring 33 maintains the valve 32 in the closed position, the circulation of coolant for the heat engine. 1 to the radiator 6 of Figure 1 being cut.
  • the valve 32 is fixed on a rod 34, the free end of which is immersed in a mixture of waxes and copper particles enclosed in a small tank called “bulb", referenced 35, fixed to the frame of the thermostat 10.
  • the bulb 35 is permanently bathed by the cooling fluid which passes from the heat engine to the outlet 31. At a temperature below T ot , the mixture contained in the bulb 35 is in the solid state. When the temperature of the cooling fluid increases, the mixture contained in the bulb 35 liquefies and expands until it pushes the valve 32 and causes the opening of the passage from the inlet 29 to the outlet 30.
  • branch 19 of the valve 16 opens directly in the exit 30 and that the branch 20 opens near the bulb 35, in the space in which it is housed and in which the coolant between inlet 29 and outlet 31.
  • FIG. 5 a cooling system is illustrated. comprising a thermostat 10 and a valve 16 integrated.
  • Branch 18 is connected at its opposite end to the valve 16 to the pipe portion 36 connecting the radiator 4 and the pipe 7. It is thus possible to reduce the length of branch 18, which is economical.
  • the pump 21 was driven by a independent electric motor. It is also conceivable that the pump 21 is driven by the electric traction motor 2. This is advantageous for the cost and the service life of the system. Indeed, a pump conventional electric is generally direct current. Compared to a mechanical pump, the electric motor is the main additional cost of a electric pump and generally has a significantly longer service life lower than that of the mechanical pump. How the system works is then the following.
  • the branches 17 and 19 are put into communication. If the water temperature measured by the sensor 12 is greater than or equal to the temperature T ot , and if the vehicle is in electric traction mode, heat engine 1 stopped, the fluid communication between the branches 17 is maintained and 19. If the coolant temperature measured by the sensor 12 becomes greater than or equal to the temperature T ot , and if the heat engine is in operation, the valve 16 puts branches 17 and 18 into communication. In addition, if the sensor 13 measures a temperature higher than the predetermined temperature T c2 , the fan 11 is activated, in particular if the vehicle speed is low, for example less than a value between 60 and 80 km / h.
  • valve 16 can become a 3-way valve.

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Abstract

Système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride, comprenant un fluide caloporteur apte à refroidir les moteurs thermique 1 et électrique 2, un radiateur 6 de refroidissement du fluide caloporteur, une première conduite 7 entre ledit radiateur 6 et le moteur thermique 1 et une deuxième conduite 8 entre ledit moteur thermique 1 et ledit radiateur 6 dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur, et une conduite de dérivation 15 comprenant une première branche 17 connectée à la première conduite 7 et une deuxième branche 18 connectée à une conduite en amont du moteur thermique, ladite conduite de dérivation 15 étant apte à refroidir le moteur électrique 2. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride.
Les véhicules à propulsion hybride comprennent en général un moteur thermique, un ou deux moteurs électriques, un générateur de tension électrique, et un ensemble de convertisseur électronique de puissance qui soit alimente le ou les moteurs électriques, soit charge les batteries, tous devant être refroidis afin de fonctionner dans les conditions pour lesquelles ils sont prévus. On cherche à profiter de cette double motorisation pour réduire au maximum la consommation et les émissions polluantes, de façon à rester en dessous des niveaux autorisés.
On a constaté que les plages de débit et de température du liquide de refroidissement sont très différentes pour un moteur électrique et pour un moteur thermique. Le liquide de refroidissement d'un moteur électrique a un débit de l'ordre de 100 à 500 l/heure à une température de 50 à 70°. Le liquide de refroidissement d'un moteur thermique a un débit qui peut être vingt fois supérieur, à une température de l'ordre de 100 à 110° maximum. Ces différences de débit et de température rendent difficile l'utilisation d'un seul circuit et d'un seul radiateur fonctionnant dans des conditions optimales sur l'ensemble des situations rencontrées pour un véhicule à propulsion hybride.
Le document FR 2 748 428 décrit un système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comportant un moteur thermique et un moteur électrique, comprenant un liquide caloporteur circulant dans les moteurs et dans un radiateur et des moyens pour que, le moteur thermique étant à l'arrêt et le moteur électrique étant en marche, le liquide caloporteur circule dans une première partie du radiateur seulement, et pour que, les deux moteurs étant en marche, le liquide caloporteur circule dans les deux parties du radiateur.
Toutefois, il est nécessaire, en général, de prévoir une pompe électrique pour faire circuler le fluide de refroidissement dans le moteur électrique. Les pompes électriques sont soit très onéreuses, soit à durée de vie insuffisante.
La présente invention propose de remédier aux limitations des techniques classiques en proposant un système de refroidissement fonctionnant de façon optimale dans tous les cas de figure et permettant de réduire la consommation d'énergie et les émissions polluantes.
La présente invention propose de réduire la durée de fonctionnement d'une pompe de circulation de fluide de refroidissement dans le moteur électrique.
La présente invention propose de maintenir le moteur électrique et les électroniques de puissance à faible température.
Le système de refroidissement, selon un aspect de l'invention, est destiné à un véhicule à propulsion hybride comprenant un moteur thermique et au moins un moteur électrique. Le système est du type comprenant un fluide caloporteur apte à refroidir les moteurs thermique et électrique, un radiateur comportant une pluralité de canaux de refroidissement et capable de refroidir le liquide caloporteur par échange thermique avec un courant d'air, une première conduite entre ledit radiateur et le moteur thermique dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur et une deuxième conduite entre ledit moteur thermique et ledit radiateur dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur. Le système comprend une conduite de dérivation comprenant une première branche connectée à la première conduite et une deuxième branche connectée à une conduite en amont du moteur thermique, ladite conduite de dérivation étant apte à refroidir le moteur électrique.
De préférence, la première branche passe par le moteur électrique et une unité électronique de puissance du moteur électrique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la première branche est équipée d'une pompe de circulation du fluide caloporteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, ladite pompe de circulation du fluide caloporteur est entraínée par le moteur électrique.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ladite pompe de circulation de fluide caloporteur est entraínée indépendamment du moteur électrique.
De préférence, la conduite de dérivation comprend une troisième branche connectée à la deuxième conduite.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la deuxième branche est connectée à une conduite de sortie d'un radiateur de chauffage d'un habitacle de véhicule.
De préférence, la conduite de dérivation comprend une quatrième branche connectée à la sortie du moteur thermique en amont d'un thermostat.
Avantageusement, les branches de la conduite de dérivation sont connectées entre elles par une vanne multi-voies.
Dans un mode de réalisation de l'invention, un thermostat est intégré à ladite vanne multi-voies.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la vanne multi-voies comprend un noyau de commande rotatif.
L'invention concerne également un véhicule comprenant un système de refroidissement tel que ci-dessus.
L'invention propose également un procédé de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comprenant un moteur thermique et au moins un moteur électrique refroidis par la circulation d'un fluide caloporteur dans lesdits moteurs, un moyen d'échange thermique, une première conduite entre ledit moyen d'échange thermique et le moteur thermique dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur et une deuxième conduite entre ledit moteur thermique et ledit moyen d'échange thermique dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur, procédé dans lequel, on fait circuler le fluide caloporteur dans une conduite de dérivation connectée de première part à la première conduite et de deuxième part à une conduite en amont du moteur thermique, pour refroidir le moteur électrique.
Le refroidissement est ainsi effectué en série, le fluide caloporteur passant dans la conduite de dérivation passant ensuite dans le moteur thermique ce qui est préférable en cas de température élevée en sortie du moyen d'échange thermique.
Avantageusement, on fait varier le débit de fluide caloporteur dans la conduite de dérivation en fonction de la température en sortie du moyen d'échange thermique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, en cas de température du fluide caloporteur insuffisante pour provoquer l'ouverture d'un thermostat disposé en sortie du moteur thermique, on fait circuler le fluide caloporteur dans la conduite de dérivation connectée de troisième part à la deuxième conduite, pour refroidir le moteur électrique en l'absence de circulation de fluide caloporteur dans le moteur thermique. Ce mode de fonctionnement peut aussi être adopté lorsque le moteur thermique est à l'arrêt.
Dans un mode de réalisation de l'invention, en cas de température du fluide caloporteur nettement inférieure à la température d'ouverture d'un thermostat disposé en sortie du moteur thermique, on fait circuler le fluide caloporteur dans la conduite de dérivation connectée de quatrième part à la sortie du moteur thermique en amont du thermostat, pour refroidir le moteur électrique tout en réchauffant le moteur thermique. On peut ainsi obtenir une montée en température plus rapide du moteur thermique lors de son démarrage et réduire la formation d'éléments polluants.
Ce mode de fonctionnement peut aussi être adopté lorsque le moteur thermique est à l'arrêt, si la pompe associée au moteur thermique est à entraínement électrique ou si ladite pompe peut être bipassée. On peut ainsi préchauffer le moteur thermique.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaítront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique d'un système de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l'invention;
  • la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un exemple de vanne multi-voies;
  • la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la vanne multi-voies de la figure 2;
  • la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d'une vanne multi-voies intégrée à un thermostat; et
  • la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation du système de refroidissement.
Pour simplifier notre description, le terme "moteur électrique" définit toutes les machines qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique, ou de l'énergie mécanique en énergie électrique, et le terme "électronique de puissance" définit l'ensemble des électroniques qui convertissent du courant alternatif en courant continu, du courant continu en courant alternatif, du courant de haute tension en courant de faible tension, ou encore du courant de faible tension en courant de haute tension.
Comme on peut le voir sur la figure 1, le système de refroidissement est associé à un moteur thermique 1 et à un moteur électrique 2 pourvu d'une unité électronique de puissance 3. Cette unité électronique de puissance 3 est placée généralement avant le moteur électrique 2 parce que sa température de fonctionnement est plus faible que le moteur électrique. Il est également prévu un radiateur de chauffage 4 permettant de chauffer l'habitacle du véhicule dans lequel est installé le système de refroidissement, ainsi qu'un échangeur 5 permettant de refroidir un fluide quelconque, par exemple l'huile de lubrification, l'huile de boíte de vitesses, ... ou un organe quelconque, par exemple un palier de turbocompresseur, ...
Le système de refroidissement comprend un radiateur 6 dont la sortie est reliée à une conduite 7 et dont l'entrée est reliée à une conduite 8. La conduite 7 est reliée à une pompe 9 dont la sortie est reliée au moteur thermique 1. La pompe 9 peut être entraínée par le moteur thermique 1 ou par un moteur électrique qui lui est dédié et qui n'a pas été représenté. La sortie du moteur 1 est pourvue d'un thermostat 10, lui-même relié à la conduite 8. Le radiateur 6 est généralement pourvu d'un ventilateur 11 motorisé, apte à accélérer l'écoulement de l'air à travers ledit radiateur 6.
Le système de refroidissement comprend un capteur de température 12 disposé en sortie du moteur 1, immédiatement en amont du thermostat 10, un capteur de température 13 monté sur la conduite 7 à la sortie du radiateur 6, et une unité de commande 14 recevant des informations de température en provenance des capteurs 12 et 13. La liaison entre l'unité de commande 14 et les capteurs 12 et 13 peut être effectuée par des fils électriques dédiés ou par l'intermédiaire d'un bus de communication.
L'entrée du radiateur de chauffage 4 est reliée à une sortie du moteur thermique 1 et la sortie du radiateur 4 est reliée à la conduite 7. De même, l'entrée de l'échangeur 5 est reliée à une sortie du moteur thermique 1 et sa sortie est reliée à la conduite 7.
Le système de refroidissement comprend, en outre, une conduite de dérivation référencée 15 dans son ensemble et pourvue de plusieurs branches, et d'une vanne multi-voies 16 à laquelle sont reliées lesdites branches.
Plus précisément, une première branche 17 est reliée, d'une part à la conduite 7 en aval du capteur de température 13 et, d'autre part à la vanne multi-voies 16. La branche 17 passe par le moteur électrique 2 et par l'unité électronique de puissance 3. La circulation du fluide de refroidissement dans ladite branche 17 permet de maintenir le moteur électrique 2 et l'unité électronique de puissance 3 à une température de fonctionnement normale, si possible suffisamment basse pour que des composants industriels courants, tant électriques qu'électroniques, puissent être utilisés dans la construction de ces éléments.
Il est de plus prévu une pompe électrique 21 disposée sur la branche 7, commandée par l'unité de commande 14 et faisant circuler le fluide de refroidissement dans ladite branche 17. Une deuxième branche 18 est reliée à une extrémité à la première conduite 7 à proximité de la pompe 9 et à l'extrémité opposée à la vanne multi-voies 16.
Une troisième branche 19 est reliée, d'une part à la conduite 8 et, d'autre part à la vanne multi-voies 16. Une quatrième branche 20 est reliée, d'une part à une sortie du moteur thermique 1 en amont du thermostat 10 et, d'autre part à la vanne multi-voies 16. La vanne multi-voies 16 est apte à mettre en communication les branches 17 et 18 en obturant les branches 19 et 20, à mettre en communication les branches 17 et 19 en obturant les autres branches et à mettre en communication les branches 17 et 20 en obturant les autres branches, et ce sur ordre de l'unité de commande 14 à laquelle elle est reliée.
En d'autres termes, la vanne multi-voies 16, qui est ici à quatre voies, a pour fonction d'assurer le passage sélectif du fluide de refroidissement entre la branche 17 et l'une des trois autres branches 18, 19 ou 20.
Le fonctionnement du système de refroidissement est le suivant. Si la température de l'eau telle que mesurée par le capteur 12, est inférieure à une température prédéterminée Tc1 et qui est inférieure ou égale à la température Tot d'ouverture du thermostat 10, généralement comprise entre 83 et 89°C, la vanne multi-voies 16 met en communication les branches 17 et 20 et permet de laisser passer le fluide de la branche 20 vers la branche 17, lorsque le moteur thermique 1 est en fonctionnement. En effet, le fluide de refroidissement qui se trouve dans le moteur thermique 1 est soumis à une forte pression en raison de la pompe 9, pression supérieure à celle régnant dans la branche 17, la pompe 21 étant maintenue à l'arrêt.
Dans cet état, qui est celui d'un fonctionnement au démarrage du moteur thermique 1 ou à très faible charge, aucune énergie n'est consommée par la pompe 21 qui se trouve à l'arrêt. La chaleur dégagée par le fonctionnement du moteur électrique 2 et de l'unité électronique de puissance 3 permet d'augmenter la température du moteur thermique 1 et donc de réduire la durée de sa montée en température, ce qui se traduit par la diminution de la quantité d'éléments polluants générée par la combustion du moteur thermique 1. Le maintien à l'arrêt de la pompe 21 réduit sa durée globale de fonctionnement et permet donc une durée de vie globale plus longue.
Si le capteur 12 indique une température d'eau supérieure ou égale à la température Tc1 mais inférieure à la température Tot d'ouverture du thermostat 10, la vanne multi-voies 16 met en communication les branches 17 et 19. La pompe 21 est mise en marche à faible vitesse, par exemple avec une faible tension d'alimentation U1. Le moteur électrique 2 et l'unité électronique de puissance 3 sont alors refroidis au moyen du radiateur 6 dont la capacité d'échange thermique est largement supérieure, par exemple d'un facteur de l'ordre de 3 à 5, à la chaleur susceptible d'être dégagée par le moteur électrique 2 et l'unité électronique de puissance 3. La conduite 8, le radiateur 6 et la conduite 7 étant dimensionnés pour les forts débits de fluide de refroidissement nécessités par le moteur thermique 1, les pertes de charge sont faibles. L'énergie consommée par la pompe 21 est donc également faible. Son usure l'est également.
Si le capteur 12 indique une température d'eau supérieure ou égale à la température Tot, la vanne multi-voies 16 met en communication les branches 17 et 18. La pompe 21 est mise en marche. En d'autres termes, une partie du débit de sortie du radiateur 6 est dérivée par les branches 17 et 18. Le moteur électrique 2 et l'unité électronique de puissance 3 sont refroidis par du fluide de refroidissement de sortie du radiateur 6, et donc à basse température.
De plus, on peut prévoir que si le capteur de température 13 à la sortie du radiateur 6 indique une température de fluide de refroidissement inférieure à une température prédéterminée Tc2, la pompe 21 fonctionne à faible débit, par exemple avec la faible d'alimentation U1, et que par contre si le capteur 13 indique une température supérieure à la température Tc2, la pompe 21 fonctionne à débit élevé, par exemple alimentée par une tension U2 supérieure à U1 pour obtenir un débit plus fort dans la branche 17. On comprendra que Tc2 est supérieure à Tot.
Bien entendu, l'unité de commande 14 du système de refroidissement peut commander le fonctionnement du ventilateur 11 en fonction de la température mesurée par le capteur 13.
Lorsque le moteur thermique 1 est à l'arrêt, la vanne multi-voies 16 met en communication les branches 17 et 19. La pompe 21 est mise en marche à faible débit, par exemple alimentée par la tension U1. Le radiateur 6 assure alors le refroidissement du moteur électrique 2 et de l'unité électronique de puissance 3, qui peuvent fonctionner aux faibles températures qui sont nécessitées par les composants de grandes séries, à bas coût, que l'on souhaite utiliser.
Ainsi, la température d'eau à l'entrée du moteur électrique 2 et de l'unité électronique de puissance 3, reste très basse dans tous les cas de fonctionnement. Des mesures effectuées sur un prototype montrent que même dans le cas où le moteur thermique 1 est en fonctionnement et où la température d'eau en sortie du moteur est supérieure à la température Tot d'ouverture du thermostat, la température à la sortie du radiateur 6 reste inférieure à 85°C pour 85% du temps d'utilisation du véhicule. Pour les cas où la température mesurée par le capteur 13 est supérieure à Tc2, l'augmentation du débit de la pompe 21 et/ou le déclenchement du ventilateur 11 permettent de maintenir cette température dans les limites souhaitées.
Grâce à l'invention, la pompe 21 a besoin d'une faible puissance, tourne moins vite et moins fréquemment. Dans un cas de fonctionnement, la pompe 18 est à l'arrêt. Dans deux autres cas de fonctionnement où le thermostat est fermé, la capacité d'échange thermique du radiateur 6, dimensionnée pour les pertes thermiques du moteur thermique 1, est largement excédentaire par rapport aux pertes thermiques du moteur électrique 2 et de l'unité électronique de puissance 3 et permet donc à la pompe 21 de fonctionner à faible débit. Enfin, les branches 17, 18 et 19 sont connectées à des conduites 7 et 8 de fort diamètre, ce qui minimise la perte de charge subie par le fluide entraíné par la pompe 21.
Sur les figures 2 et 3, un exemple de vanne 16 est représenté. La vanne 16 comprend un carter cylindrique 22 et un noyau rotatif 23 qui peut tourner autour de l'axe 24 sous l'action d'un moteur électrique 25. A un niveau dit "inférieur", le carter 22 est pourvu d'un perçage dans lequel débouche la branche 17. A un niveau dit "supérieur", décalé par rapport au niveau inférieur, le carter 22 est pourvu de trois perçages dans chacun desquels débouchent respectivement les branches 18, 19 et 20. Le noyau 23 comprend un passage de fluide 26 en forme de Z et une cavité annulaire extérieure 27. La cavité annulaire 27 est en communication avec la branche 17, quelle que soit la position angulaire du noyau 23. La cavité annulaire 27 est en communication avec le passage 26.
En variante, on pourrait prévoir que le passage de fluide 26 soit en forme de C ou d'autres formes avec un changement plus doux de la direction de l'écoulement pour réduire la perte de pression de fluide. Par l'action du moteur électrique 25, le noyau 23 peut se positionner sur trois positions angulaires, telles que le passage 26 soit en face de l'une des branches 18, 19 ou 20, pour respectivement autoriser la mise en communication des branches 17 et 18, 17 et 19 ou 17 et 20. A partir de n'importe quel état initial du noyau 23, on peut passer directement à un autre état sans passer par un état intermédiaire autre qu'un état d'obturation total. Le passage d'un état à un autre se fait par une simple rotation de 120° du noyau 23 dans un sens ou dans l'autre.
Sur la figure 4, est illustrée une variante particulièrement compacte dans laquelle on propose d'intégrer la vanne 16 au thermostat 10. Le thermostat 10 comprend une plaque de fixation 28 sur le moteur, de façon que l'entrée 29 du thermostat 10 soit reliée à une sortie de fluide de refroidissement du moteur thermique 1 de la figure 1. Le thermostat 10 comprend une sortie 30 prévue pour être reliée à la conduite 8 de la figure 1, et une sortie 31 prévue pour être reliée au radiateur 4 et à l'échangeur 5 de la figure 1. L'entrée 29 et la sortie 31 sont en communication libre. Entre l'entrée 29 et la sortie 30, est prévu un clapet 32 actionné par un ressort 33. A faible température, inférieure à Tot, le ressort 33 maintient le clapet 32 en position fermée, la circulation de fluide de refroidissement du moteur thermique 1 vers le radiateur 6 de la figure 1 étant coupée.
Le clapet 32 est fixé sur une tige 34 dont l'extrémité libre est plongée dans un mélange de cires et de particules de cuivre enfermé dans un petit réservoir dénommé "bulbe", référencé 35, fixé au bâti du thermostat 10. Le bulbe 35 est baigné en permanence par le fluide de refroidissement qui passe du moteur thermique vers la sortie 31. A température inférieure à Tot, le mélange contenu dans le bulbe 35 est à l'état solide. Lorsque la température du fluide de refroidissement augmente, le mélange contenu dans le bulbe 35 se liquéfie et se dilate jusqu'à pousser le clapet 32 et provoquer l'ouverture du passage de l'entrée 29 vers la sortie 30.
On prévoit que la branche 19 de la vanne 16 débouche directement dans la sortie 30 et que la branche 20 débouche à proximité du bulbe 35, dans l'espace dans lequel il est logé et dans lequel circule le fluide de refroidissement entre l'entrée 29 et la sortie 31.
Sur la figure 5, est illustré un système de refroidissement comprenant un thermostat 10 et une vanne 16 intégrés. La branche 18 est reliée à son extrémité opposée à la vanne 16 à la portion de conduite 36 reliant le radiateur 4 et la conduite 7. On peut ainsi réduire la longueur de la branche 18, ce qui est économique.
On a supposé ci-dessus que la pompe 21 était entraínée par un moteur électrique indépendant. On peut également concevoir que la pompe 21 est entraínée par le moteur électrique de traction 2. Ceci est avantageux pour le coût et la durée de vie du système. En effet, une pompe électrique classique est généralement à courant continu. Par rapport à une pompe mécanique, le moteur électrique est le principal surcoût d'une pompe électrique et présente en général une durée de vie nettement inférieure à celle de la pompe mécanique. Le fonctionnement du système est alors le suivant.
Si la température d'eau mesurée par le capteur 12 est inférieure à la température Tot d'ouverture du thermostat, les branches 17 et 19 sont mises en communication. Si la température d'eau mesurée par le capteur 12 est supérieure ou égale à la température Tot, et si le véhicule est en mode de traction électrique, moteur thermique 1 à l'arrêt, on maintient la communication de fluide entre les branches 17 et 19. Si la température de fluide de refroidissement mesurée par le capteur 12 devient supérieure ou égale à la température Tot, et si le moteur thermique est en fonctionnement, la vanne 16 met en communication les branches 17 et 18. En outre, si le capteur 13 mesure une température supérieure à la température prédéterminée Tc2, le ventilateur 11 est mis en action, notamment si la vitesse du véhicule est faible, par exemple inférieure à une valeur comprise entre 60 et 80 kmh.
On remarque dans le cas où la pompe 21 est entraínée par le moteur 2, le passage du fluide de 20 à 17, prévu en mode hybride pour réduire l'usage de la pompe 21, n'est plus nécessaire, et la vanne 16 peut devenir une vanne à 3 voies.

Claims (11)

  1. Système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comprenant un moteur thermique (1) et au moins un moteur électrique (2), du type comprenant un fluide caloporteur apte à refroidir les moteurs thermique et électrique, un radiateur (6) comportant une pluralité de canaux de refroidissement et capable de refroidir le fluide caloporteur par échange thermique avec un courant d'air, une première conduite (7) entre ledit radiateur et le moteur thermique dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur et une deuxième conduite (8) entre ledit moteur thermique et ledit radiateur dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur, caractérisé par le fait qu'il comprend une conduite de dérivation (15) comprenant une première branche (17) connectée à la première conduite et une deuxième branche (18) connectée à une conduite en amont du moteur thermique, ladite conduite de dérivation étant apte à refroidir le moteur électrique (2).
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première branche passe par une unité électronique (3) de puissance et le moteur électrique (2).
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la première branche est équipée d'une pompe (21) de circulation du fluide caloporteur.
  4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la conduite de dérivation comprend une troisième branche (19) connectée à la deuxième conduite.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la deuxième branche est connectée à une conduite de sortie d'un radiateur (4) de chauffage d'un habitacle de véhicule.
  6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la conduite de dérivation comprend une quatrième branche (20) connectée à la sortie du moteur thermique en amont d'un thermostat (10).
  7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les branches de la conduite de dérivation sont connectées entre elles par une vanne multi-voies (16).
  8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'un thermostat est intégré à ladite vanne multi-voies.
  9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que la vanne multi-voies comprend un noyau de commande rotatif (23).
  10. Véhicule comprenant un système selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  11. Procédé de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comprenant un moteur thermique et au moins un moteur électrique refroidis par la circulation d'un fluide caloporteur dans lesdits moteurs, un moyen d'échange thermique, une première conduite entre ledit radiateur et le moteur thermique dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur et une deuxième conduite entre ledit moteur thermique et ledit radiateur dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur, dans lequel, on fait circuler le fluide caloporteur dans une conduite de dérivation connectée de première part à la première conduite et de deuxième part à une conduite en amont du moteur thermique, pour refroidir le moteur électrique.
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