EP1966473A1 - Dispositif de gestion thermique pour vehicule automobile - Google Patents
Dispositif de gestion thermique pour vehicule automobileInfo
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- EP1966473A1 EP1966473A1 EP06820321A EP06820321A EP1966473A1 EP 1966473 A1 EP1966473 A1 EP 1966473A1 EP 06820321 A EP06820321 A EP 06820321A EP 06820321 A EP06820321 A EP 06820321A EP 1966473 A1 EP1966473 A1 EP 1966473A1
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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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- F01P7/00—Controlling of coolant flow
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- F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
- F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
- F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
- F01P2060/02—Intercooler
Description
Dispositif de gestion thermique pour véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, notamment d'un moteur à combustion interne suralimenté . Pour réduire la consommation et les émissions polluantes des véhicules automobiles, diverses évolutions technologiques ont été proposées par les constructeurs dans le domaine de la combustion, de la suralimentation, et des traitements de gaz d'échappement. Ces évolutions nécessitent la recherche de nouveaux dispositifs de gestion thermique pour évacuer une quantité de plus en plus importante de chaleur du moteur, notamment à forte vitesse et forte charge, et pour refroidir l'air de suralimentation du moteur, une partie des gaz d'échappement avant leur réintroduction dans la chambre de combustion, appelés gaz d'échappement recirculés ou gaz EGR (de l'anglais Exhaust Gas Recirculation) , et le cas échéant, le condenseur de la boucle de climatisation de l'habitacle et les composants électrotechniques pour les véhicules hybrides . Les dispositifs de gestion thermique comprennent classiquement un circuit principal de refroidissement conventionnel du moteur thermique, équipé d'une pompe principale et d'un radiateur principal à haute température, et un circuit secondaire de refroidissement à basse température, équipé d'une pompe secondaire et d'un radiateur secondaire fonctionnant à basse température pour évacuer 1 ' ensemble des calories de l'air de suralimentation et des gaz EGR.
Pour l'air de suralimentation, en particulier dans le cas d'une double suralimentation avec deux turbocompresseurs ou un turbocompresseur et un compresseur mécanique, la température du liquide de refroidissement
doit être de plus en plus faible pour satisfaire des normes d'émissions de polluants de plus en plus sévères. Par ailleurs, on constate une augmentation du taux de gaz EGR, celui-ci pouvant rester élevé même pour des forts régimes et charges du moteur thermique, ce qui augmente la quantité de chaleur à évacuer par le circuit secondaire. Le radiateur secondaire ne pouvant évacuer une quantité de chaleur importante compte tenu du faible écart de la température entre le liquide de refroidissement et l'air ambiant, il est très difficile de maintenir le liquide de refroidissement à basse température dans le circuit secondaire. L'augmentation de la taille du radiateur secondaire aurait un impact négatif sur le radiateur haute température puisqu' il diminuerait la vitesse d'air globale sur la valise de refroidissement et augmenterait la température d'air en amont du radiateur haute température. Pour pouvoir évacuer les calories du circuit principal, i] serait alors nécessaire d'augmenter également la taille du radiateur principal qui présente déjà une surface frontale très importante.
Pour le refroidissement du circuit secondaire, il a été proposé dans le document brevet FR 2 832 187 d'utiliser le radiateur principal. Ce document brevet décrit notamment des moyens d' interconnexion entre le circuit principal et le circuit secondaire, formés de deux vannes à 3 voies et d'une vanne à 4 voies, qui permettent d'intégrer le radiateur principal dans la boucle basse température. Dans un autre mode de réalisation, ce document brevet propose de découper le radiateur principal en deux sections. L'une des deux sections peut être utilisée pour aider le refroidissement du liquide de refroidissement du circuit secondaire a faible puissance du moteur thermique, et cette section de radiateur sera remise dans le circuit principal a forte puissance du moteur thermique. Le basculement de cette
section d'une boucle de refroidissement à l'autre boucle se fait grâce à des moyens d' interconnexion formés soit de deux vannes à 4 voies implantées de cnaque côte du radiateur principal, soit d'une seule vanne a 6 voies. Ce dispositif est satisfaisant lorsque la puissance cédée dans le circuit secondaire est: relativement faible, mais nécessite soit plusieurs vannes, soit une seule vanne à 6 voies avec un nomore important de conduites qui rend les circuits complexes et onéreux, et crée des pertes de charge supplémentaires impliquant une augmentation de la puissance et du coût des pompes de circulation. Par ailleurs le refroidissement du circuit secondaire peut s'avérer insuffisant lorsque le taux de gaz EGR augmente. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de gestion thermique palliant les inconvénients précités, qui permettent un refroidissement efficace du circuit secondaire à basse température, tout en restant simple de conception. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de gestion thermique pour véhicule automobile équipé d'un moteur thermique, notamment d'un moteur à combustion interne suralimenté, comprenant un circuit principal de refroidissement a haute température, comprenant une boucle haute température équipée d' un radiateur principal à haute température et de moyens de circulation d'un liquide de refroidissement entre ledit radiateur principal et le moteur, la surface d' échange du radiateur principal étant scindée en au moins une première section, avec une première et une deuxième entrée pour la circulation de fluide, et une seconde section avec une première entrée et une deuxième entrée pour la circulation de fluide, un circuit secondaire de refroidissement à basse température, comprenant une boucle basse température équipée d'un radiateur secondaire à basse température et
de moyens de circulation d'un liquide de refroidissement a basse température, et des moyens d'interconnexion reliant le circuit principal et le circuit secondaire, lesdits moyens d'interconnexion permettant d'intégrer les αeux sections du radiateur principal au circuit principal ou d'intégrer la première section au circuit principal et la deuxième section au circuit secondaire, caractérise en ce que - la première entrée et la deuxième entrée de la première section du radiateur principal sont connectées respectivement à une première conduite de radiateur principal et une deuxième conduite de radiateur principal de la boucle haute température, la première entrée de la deuxième section étant connectée a la boucle basse température, en amont du radiateur secondaire, et reliée à la première entrée de la première section par des moyens de communication fluidique, - lesdits moyens d' interconnexion comprenant un système de vannes à quatre voies connecté par une première voie a la deuxième conduite de radiateur principal, par une deuxième voie à la deuxième entrée de la deuxième section du radiateur principal, et intercalé sur la boucle basse température, en aval du radiateur secondaire par une troisième voie, et en amont du radiateur secondaire par une quatrième voie, la première entrée de la deuxième section étant reliée à la boucle basse température entre le radiateur secondaire et la quatrième voie du système de vannes, -ledit système de vanne étant apte a mettre en communication d'une part Ja première voie et la deuxième voie et d' autre part la troisième voie et la quatrième voie pour séparer le circuit principal et le circuit secondaire, en intégrant la première et la deuxième section du radiateur principal
dans la boucle haute température, dans un fonctionnement en mode normal à régime et charge élevés,
-à mettre en communication la troisième voie et la deuxième voie pour intégrer la deuxième section du radiateur principal αans la boucle basse température, dans un fonctionnement en moαe normal a régime et charge modérés, avec refroidissement renforcé du circuit secondaire, et a mettre en communication la troisième voie avec la première voie et la deuxième voie pour intégrer la deuxième section et au moins en partie la première section du radiateur principal dans la boucle basse température, dans un fonctionnement en mode normal à régime et charge modérés, avec refroidissement très renforcé du circuit secondaire.
La présente invention propose un dispositj f de gestion thermique simple de conception et compact avec un seul système de vanne à quatre voies permettant notamment d'utiliser une partie ou la totalité du radiateur principal pour le refroidissement du liquide de la boucle secondaire à régime et charge modères du moteur thermique. Le dispositif selon l'invention présente une forte capacité d'évacuation des calories des composants intégrés sur le circuit secondaire pour un refroidissement à basse température, notamment le radiateur gaz EGR/liquide, le radiateur air de suralimentation/liquide, le condenseur de climatisation, et/ou les composants électrotechniques dans le cas d'un véhicule hybride. Le dispositif de gestion thermique selon l'invention permet de répondre aux besoins de refroidissement des gaz EGR, notamment pour des forts taux de gaz EGR, et aux besoins de refroidissement de l'air suralimenté pour une forte puissance thermique, comme dans le cas d'une double suralimentation. Selon une particularité, le système de vanne est apte à mettre en communication la première voie avec les
deuxième et troisième voies pour un refroidissement du moteur thermique à l'aide du radiateur secondaire, dans un mode de fonctionnement en mode dégradé. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de répondre aux besoins de refroidissement du moteur à forte puissance, avec un refroidissement maximal du moteur thermique.
Selon une autre particularité, le système de vanne est apte à mettre en communication la première voie et la troisième voie pour refroidir le moteur thermique et d' éventuels organes montés sur la boucle haute température, tel que le palier de turbocompresseur, lors de l'arrêt à chaud du moteur, dans un fonctionnement en mode refroidissement du moteur.
Selon un mode de réalisation, le circuit principal comprend un thermostat principal sur la première conduite de radiateur principal pour couper, dans une position fermée, et autoriser, dans une position ouverte, la circulation de fluide en direction du radiateur principal. Le dispositif de refroidissement comprend avantageusement une conduite de dérivation reliant la première conduite de radiateur principal, en amont du thermostat principal, à un thermostat de récupération de chaleur, monté sur la conduite de raccordement de la première entrée de la deuxième section à la boucle basse température, ledit thermostat mettant en communication soit la deuxième section avec la boucle basse température dans une position ouverte, pour lesdits fonctionnement en mode dégradé et en mode normal avec refroidissement renforcé et très renforcé, soit la conduite de dérivation avec la boucle basse température dans une position fermée, pour la récupération de calories dans un fonctionnement en mode démarrage a froid et/ou en mode chauffage de l'habitacle à l'arrêt du moteur, fonctionnement dans lequel le système de vanne met en communication la première voie et la troisième voie. Le dispositif selon l'invention permet ainsi la
récupération de calories du circuit secondaire, notamment des radiateurs RAS et EGR pour accélérer la montée en température du moteur lors du démarrage à froα d du moteur, et la récupération de calories stockées dans le moteur et le liquide de refroidissement pour le maintien du chauffage de l'habitacle lors de l'arrêt du moteur thermique, comme par exemple, sur des véhicules hybrides intégrant la fonction Stop and Start (arrêt du moteur lors d'un arrêt prolongé en embouteillage ou lors d'un arrêt long où le conducteur resterait dans le véhicule et nécessiterait du chauffage) .
Avantageusement, la boucle basse température comprend une conduite de dérivation du radiateur basse température connectée en amont du radiateur secondaire à un thermostat de récupération de chaleur.
Selon un mode de réalisation, ledit système de vanne comprend quatre vannes à 2 voies pilotées : une première vanne reliant les première et troisième voies, une deuxième vanne reliant les deuxième et troisième voies, une troisième vanne reliant les première et deuxième voies et une quatrième vanne reliant les troisième et quatrième voies.
Selon un mode de réalisation, le radiateur principal est formé d'un échangeur unique avec une première et une deuxième boîte collectrice, la première et la deuxième section étant définies par une cloison étanche et une cloison en nid d'abeille positionnées respectivement dans la première et la deuxième boite collectrice, ladite cloison en nid d'abeille constituant Jesdits moyens de communication fluidique. Les parties inférieures des première et deuxième boîtes collectrices comprennent respectivement 2a deuxième et la première entrée de la deuxième section. Les parties supérieures de la première et la deuxième boîte collectrice comprennent respectivement la deuxième et la première entrée de la première section, ou la première boîte comprend une
seconde cloison étanche définissant une partie supérieure et une partie intermédiaire munie respectivement de la première et de la deuxième entrée de la première section, pour constituer une première section à deux passes. En variante, le radiateur principal est forme αe deux échangeurs séparés formant chacun une section du radiateur principal, chaque échangeur comportant deux boîtes collectrices, chaque boîte collectrice comprend une entrée de section, les boîtes collectrices munies des premières entrées sont par exemple reliées par un tube formant les moyens de communication fluidique.
La boucle basse température intègre avantageusement un radiateur air de suralimentation/liquide, dit radiateur RAS, et un radiateur gaz d'échappement recirculés/liquide, dit radiateur EGR. Selon un mode de réalisation, le radiateur EGR et/ou le radiateur RAS comprennent d'amont en aval par rapport aux flux gazeux les traversant, au moins une partie haute température, reliée au circuit principal, et une partie basse température reliée au circuit secondaire pour un refroidissement à deux niveaux de température desdits flux gazeux. L'utilisation de tels radiateurs a deux niveaux de température permet un refroidissement efficace de l'air de suralimentation et/ou des gaz EGR, notamment en cas de taux de recirculation de gaz EGR élevée, et/ou en cas d'extension de la zone (régime- couple moteur) de recirculation des gaz à forts régimes et fortes charges. Ils permettent en outre un fonctionnement en mode démarrage à froid en l'absence de conduite de dérivation associe à un thermostat de récupération de chaleur.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre de rrodes de réalisation
particuliers actuellement préférés de l'invention, en référence au dessin schématique annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile équipé d'un moteur a combustion interne suralimenté selon un premier mode de réalisation de 1' invention ; la figure 2 représente un exemple de réalisation du système de vanne à quatre voies ; - les figures 3A et 3B illustrent deux variantes de réalisation de l'insertion de la cloison du nid d'abeille dans le radiateur principal ;
- les figures 4A et 4B représentent deux vues schématiques d'un radiateur principal pour le dispositif de la figure 1 selon deux variantes de réalisation ; les figures 5 à 12 représentent des vues schématiques du dispositif de gestion thermique de la figure 1 illustrant différents modes de fonctionnement ; la figure 13 représente une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation ; et, la figure 14 représente une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon une variante du deuxième mode de réalisation de la figure 13. En référence à la figure 1, le dispositif de gestion thermique selon l'invention comprend deux circuits de refroidissement, un premier circuit de refroidissement à haute température, dit principal ou haute température 1, à un niveau de température conventionnelle de l'ordre de 90 à 1000C, un deuxième circuit de refroidissement à basse température, dit secondaire ou basse température 3, à un niveau de température relativement bas, de l'ordre de 50 à 600C, et un système de vanne à 4 voies, désigné par la référence 4, permettant de réaliser des communications entre ]c circuit principal et le circuit secondaire.
Le circuit principal comprend classiquement, en série sur une boucle secondaire ou haute température 11, le moteur thermique a combustion interne 9, un radiateur principal ou radiateur haute température 2, et une pompe principale 13, par exemple une pompe mécanique entraînée par le moteur, pour la circulation dans le circuit d'un liquide caloporteur de refroidissement haute température, dit liquide HT. La boucle haute température comprend une conduite de moteur 111 sur laquelle est montée le moteur 9 et la pompe principale 13, une première conduite de radiateur principal 112 et une seconde conduite de radiateur principal 113 reliant le radiateur principal a la conduite de moteur 111, respectivement en aval et en amont du moteur par rapport au sens de circulation du liquide HT au niveau du moteur.
Le circuit principal comprend un vase d'expansion 14 permettant le remplissage et la régulation en pression du circuit, un radiateur de chauffage de l'habitacle ou aérotherme 15, et un palier de turbocompresseur 16, chacun d' entre eux étant monté en pont entre la première et la deuxième conduite de radiateur principal. Ce circuit principal peut intégrer d'autres organes du groupe moteur propulseur pour les refroidir de manière conventionnelle à haute température, notamment les échangeurs eau/huile de lubrification du moteur et de la boîte de vitesse automatique.
Un thermostat principal 17, par exemple de type à cire à simple effet ou de type piloté, ou une vanne thermostatique principale pilotée à deux voies, est intercale sur la première conduite de radiateur 113, pour couper dans une position fermée ou autoriser dans une position ouverte la circulation de fluide dans la première conduite de radiateur en direction du radiateur principal, afin de réguler la température du liquide HT. Le circuit secondaire 3 comprend une boucle secondaire basse température 31 qui comporte une conduite
de radiateur secondaire 311 sur laquelle sont montées un radiateur secondaire ou radiateur basse température 32, et une pompe secondaire 33, par exemple électrique, pour la circulation du liquide caloporteur de refroidissement basse température, dit liquide BT. La boucle secondaire intègre un refroidisseur a^.r de suralimentatior/liquide 34, dit échangeur RAS, et un refroi disseur gaz EGR/ liquide 35, dit échangeur EGR, ces deux échangeurs étant par exemple montés en parallèle sur la boucle basse température en aval du radiateur secondaire, tel qu'illustré sur la figure 1. Un premier thermostat de récupération de chaleur à trois voies 36, par exemple de type à cire à double effet, est intercalé sur la conduite de radiateur secondaire par deux de ses voies, en amont du radiateur secondaire, une conduite de dérivation 37 reliant la troisième voie de ce thermostat de récupération de chaleur avec la conduite de radiateur secondaire en aval du radiateur secondaire. En dessous d'une température de consigne du fluide BT, le tnermostat de récupération de chaleur est dans une position fermée dans laquelle le fluide BT contourne le radiateur basse température par la conduite de dérivation. Au dessus de cette température de consigne, le thermostat de récupération de chaleur est dans une position ouverte dans laquelle le fluide BT traverse le radiateur basse température .
Le radiateur principal 2 est constitué d'un échangeur unique découpé en une première section d'échange de chaleur 21 et une deuxième section d'échange de chaleur 22. La première section comprend une première entrée 21a pour sa connexion à la première conduite de radiateur principal 112 et une deuxième entrée 21b pour sa connexion à la deuxième conduite de radiateur principal. La deuxième section comprend une première entrée 22a pour sa connexion à la boucJe basse température et une deuxième entrée 22b pour sa connexion
à l'une des voies du système de vanne, tel que décrit ci- après .
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le radiateur principal comprend des tubes équipés d'ailettes de refroidissement, une première boite collectrice 23 et une deuxième boite collectrice 24 situées aux extrémités des tubes. La première boite collectrice est séparée en une partie supérieure 23a, une partie intermédiaire 23b et une partie inférieure 23c, par une première et une deuxième cloison étanche de séparation, respectivement 25 et 26. La deuxième boite est séparée en une partie supérieure 24a et une partie inférieure 24b, par une cloison en nid d'abeille 27 disposée au même niveau que la deuxième cloison de séparation 26. La première et deuxième section sont ainsi délimitées par la deuxième cloison 26 et la cloison en nid d'abeille 27, la partie supérieure 23a et la partie intermédiaire 23b de la première boite comprenant respectivement la première entrée 21a et la deuxième entrée 21b de la première section, pour former une première section à deux passes, la partie inférieure 23c de la première boîte collectrice et la partie inférieure 24b de la deuxième boîte collectrice comprenant respectivement la deuxième entrée 22b et la première entrée 22a de la deuxième section.
Le système de vannes à 4 voies comprend une première voie 41 reliée par une canalisation de raccordement 114 à la deuxième conduite de radϋ ateur principal 113, une deuxième voie 42 reliée par une conduite 115 de raccordement à la deuxième entrée 22b de la deuxième section du radiateur principal, une troisième voie 43 connectée a la conduite de radiateur secondaire 311 en aval de la pompe secondaire et des échangeurs RAS et EGR, et une quatrième voie connectée à la canalisation de radiateur basse température en amont de la pompe secondaire, le système de vanne étant ainsi intercalé sur
la boucle basse température par ses troisième et quatrième voies.
La première entrée 22a est relj.ee par uie conduite de raccordement 38 à la boucle basse température, en amont de la pompe secondaire par rapport au sens de circulation de fluide, entre la pompe secondaire et le système de vannes.
Le circuit principal comprend en outre une conduite de dérivation 18 reliant la première conduite de radiateur principal, en amont du thermostat principal 17, à la boucle basse température via un deuxième thermostat de récupération de chaleur à trois voies 5. Ce deuxième thermostat est monté en série par deux de ses voies sur la conduite de raccordement 38, la conduite de dérivation étant connectée à sa troisième voie. En dessous d'une température de consigne, ce thermostat de récupération de chaleur est dans une position dite fermée dans laquelle la conduite de dérivation est en communication avec la boucle basse température. Au-dessus de cette température de consigne, ce thermostat est dans une position ouverte dans laquelle la deuxième section est en communication avec la boucle basse température.
Le système de vannes permet d'établir les cinq modes de communication suivants entre les 4 voies : - communication entre les voies 41 et 43, pour coupler le circuit principal et le circuit secondaire, avec le thermostat principal 17 et le deuxième thermostat de récupération de chaleur 5 en position fermée, le premier thermostat de récupération de chaleur 36 étant en position ouverte ou fermée ;
- communication entre les voies 42 et 43, pour intégrer la deuxième section du radiateur principal au circuit secondaire, avec le thermostat principal et le deuxième thermostat de récupération de chaleur en position ouverte ;
-communication entre les voies 43 et 41 et entre les voies 43 et 42, pour intégrer la deuxième section et la majorité de la première section au circuit secondaire, avec le thermostat principal en position fermée, et le deuxième thermostat de récupération en position ouverte ;
- communication entre les voies 41 et 42 et entre les voies 43 et 44, pour séparer les deux circuits, avec le thermostat principal en position ouverte, et le deuxième thermostat de récupération en position ouverte ou fermée ; et
- communication entre les voies 41 et 42 et les voies 41 et 43, pour coupler les deux circuits, avec le thermostat principal et le deuxième thermostat de récupération en position ouverte. En référence à la figure 2, ce système de vanne est par exemple constitué par quatre vannes à 2 voies : une première vanne 45 reliant les voies 41 et 43, une deuxième vanne 46 reliant les voies 42 et 43, une troisième vanne 47 reliant les voies 41 et 42, et une quatrième vanne 48 reliant les voies 43 et 44.
La cloison en nid d'abeille 27 peut être constituée d'un corps perforé de trous verticaux traversants, ou d'un assemblage de petites p] aques croisées. En référence à la figure 3A, la cloison en nid d'abeille 27 est intercalée entre les extrémités de deux tubes consécutifs 28a, 28b du radiateur principal, son épaisseur e étant inférieure ou égale à l'écartement entre les deux tubes consécutifs. La cloison en nid d'abeille assure une liaison fluidique entre les deux sections du radiateur principal, au niveau de la deuxième boîte collectrice, tout en évitant ou limitant le mélange entre le fluide HT de la première section et le fluide BT de la deuxième section lorsque ces dernières sont dédiées respectivement au circuit principal et au circuit secondaire. Dans ce dernier cas, la cloison en nid d'abeille permet un petit débit de fluide du circuit
secondaire vers le circuit principal dû a la dilatation du fluide pendant la phase de montée en tenperature du circuit secondaire, le débit de fluide passait par Le nid d'abeille devenant nul ensuite par la conservation de la masse de fluide contenue dans les deux circuits. Cette cloison en nid d'abeille permet d'économiser un vase d'expansion dans la boucle basse température, en permettant l'évacuation du volume d'eau dilatée vers la première section du radiateur principal qui est en communication avec le vase d'expansion 14 du circuit principal. La cloison en nid d'abeille joue donc le rôle d'un vase d'expansion. Lorsque la première et la deuxième section du radiateur principal doivent être connectées au circuit principal par l'action du système de vanne 4, la cloison en nid d'abeille permet de faire passer le fluide de la partie supérieure vers la partie inférieure de la deuxième boîte pour alimenter la deuxième partie du radiateur. Lorsque les deux sections doivent erre connectées au circuit secondaire, la cloison en nid d'abeille permet de faire passer le fluide de la partie supérieure vers la partie inférieure de la deuxième boîte pour permettre le passage du fluide dans la première section .
Dans une variante de réalisation illustrée à la figure 3B, la cloison en nid d'abeille 270 est avantageusement insérée dans la deuxième boîte de manière à boucher un tube dit intermédiaire 28c, et ainsi écarter les deux tubes voisins 28a et 28b appartenant respectivement à la première section et à la deuxième section, afin de limiter les échanges thermiques entre ceux-ci. L'épaisseur e de la cloison en nid d'abeille peut alors être augmentée pour une meilleure réduction des turbulences lorsque les sections sont dédiées à des circuits différents. Dans une variante de réalisation, le radiateur principal comprend une première section à une seuJ e passe
(figure 4A), sa première entrée étant déplacée sur la deuxième boîte collectrice, et la première cloison 25 précitée est supprimée. En référence a la figure 4A, le radiateur 102 à deux sections 121 et 122 comprend alors une première boîte 123 séparée en deux par une cloison étanche 126, et une deuxième boîte 124 séparée comme précédemment en deux par une cloison en nid d'abeille 127, les parties supérieures 124a et 123b de la deuxième boîte et de la première boîte, respectivement, comprennent respectivement la première entrée 121a et la deuxième entrée 121b de la première section, les parties inférieure 123c et 124b de la première boîte et de la deuxième boîte comprennent respectivement la deuxième entrée 122b et la première entrée 122a de la deuxième section.
Pour des raisons d'architecture et/ou de puissance à évacuer par le dispositif, il peut être prévu un radiateur principal constitué de deux échangeurs séparés. En référence à la figure 4B, le radiateur principal 202 comprend alors un premier échangeur formant la première section 221, qui comporte une première boîte 223b munie de la deuxième entrée 221b et une deuxième boîte 224a munie de la première entrée 221a, et un deuxième échangeur formant la deuxième section 222 qui comporte une première boîte 223c munie do la deuxième entrée 222b et une deuxième boîte 224b munie de la première entrée 222a, les deuxièmes boîtes 224a et 224b des deux échangeurs étant en communication fluidique via une conduite de raccordement 227. Dans des variantes de réalisation, la boucle secondaire intègre le condenseur d'un circuit de climatisation et/ou un ou plusieurs autres échangeurs pour le refroidissement à basse température d'autres composants, notamment pour le refroidissement de l'air de suralimentation pour les moteurs à double suralimentation, et pour le refroidissement de la machine
électrique et de l'électronique de puissance sur un véhicule hybride, ces échangeurs étant par exemple disposés entre la voie 43 du système de vanne et les échangeurs RAS et EGR montés en parallèle. Selon une autre variante, les deux échangeurs RAS et EGR sont disposés en série sur la boucle basse température, l'échangeur RAS étant disposé en amont de l'échangeur EGR par rapport au sens de circulation de fluide basse température sortant du radiateur secondaire. Les deux échangeurs sont par exemple disposés entre le radiateur secondaire et la voie 43 du système de vanne. Selon une autre configuration, l'échangeur RAS est disposé entre le radiateur secondaire et la voie 43, et l'échangeur EGR est disposé entre la voie 44 et le radiateur secondaire, par exemple entre le point de raccordement de la conduite de raccordement 38 sur la boucle secondaire et la pompe secondaire.
Une description des différents types αe fonctionnement du dispositif de gestion thermique de la figure 1 va à présent être effectuée en référence aux figures 5 à 14.
La figure 5 illustre un fonctionnement en mode démarrage à froid, avec récupération de la chaleur des échangeurs RAS et EGR. Lors d'un démarrage à froi_d, il est intéressant d'accélérer la montée en température de la boucle haute température du moteur thermique pour réduire la surconsommation et les émissions de polluants liées au faible niveau de température du moteur, et pour améliorer le chauffage de l'habitacle. Dans ce mode, le thermostat principal 17, et les thermostats de récupération de chaleur 36 et 5 sont en position fermée pour couper le passage de fluide dans la première section et la deuxième section du radiateur principal et dans le radiateur secondaire, de sorte que le fluide ne soit pas refroidi par l'air ambiant, et le système de vanne met en communication la voie 41 et la voie 42 pour relier la
conduite de radiateur secondaire en aval des échangeurs EGR et RAS à la deuxième conduite de radiateur 114 et ainsi mettre en coramunication les deux boucles.
Le fluide rechauffe par les échangeurs RAS et EGR, et les éventuels autres composants montes sur la boucle basse température, entre dans le circuit principal via le système de vannes pour réchauffer ]e moteur thermique et l'habitacle, et retourne dans la boucle basse température via la conduite de dérivation 18. La circulation de fluide dans les deux boucles est assurée par la pompe principale, la pompe secondaire électrique pouvant éventuellement être mise en marche.
La figure 6 illustre un fonctionnement en mode démarrage à froid analogue au précédent, avec en plus un refroidissement par le radiateur basse température. Après le démarrage décrit ci-dessus, le fluide de la boucle basse température peut atteindre un niveau de température qui dépasse la température de consigne maximale pour le refroidissement des échangeurs RAS et EGR, le premier thermostat de récupération de chaleur 36 passe en position ouverte pour que le fluide soit refroidi dans le radiateur basse température avant l'entrée dans les échangeurs RAS et EGR.
La figure 7 illustre un fonctionnement en mode normal à régime et charge modérés, avec un refroidissement renforcé du circuit secondaire. Lorsque le moteur fonctionne à régime et charge modérés, son refroidissement peut être assuré par la première section du radiateur principal. La deuxième section de ce radiateur est utilisée pour renforcer le refroidissement du fluide BT de la boucle basse température. Le système de vanne 4 met en communication les voies 43 et 42 pour intégrer la deuxième section du radiateur principal à la boucle basse température. Le fluide BT passe d'abord par ]a deuxième section du radiateur principal va a la conduite de raccordement 115, par la pompe secondaire via
la conduite de raccordement 31 avec le thermostat 5 en position ouverte, puis par le radiateur basse température avant de passer par l'échangeur RAS et 1 ' échangeur ECR. Dans ce mode, les deux boucles sont indépendantes, le thermostat principal 17 peut être ouvert ou ferme pour permettre le passage ou non du flαide HT en deux passes dans la première section du radiateur principal.
La figure 8 illustre un fonctionnement en mode normal à régime et charge modérés avec un refroidissement très renforcé du circuit secondaire, le thermostat principal en position fermée. Pour obtenir un liquide basse température très proche de la température ambiante et notamment refroidir les échangeurs RAS et/ou EGR avant l'ouverture du thermostat principal, le système de vanne est commandé pour établir la communication entre les voies 41 et 43 et entre les voies 43 et 42 et ainsi faire passer le liquide BT de la boucle basse température à la fois dans la deuxième section et dans la deuxième passe de la première section définie au niveau de la partie intermédiaire 23b de la première boîte collectrice. Le fluide BT passe par la deuxième section du radiateur principal via la conduite de raccordement 115, et par la première section via la conduite de raccordement 114 et la deuxième conduite de radiateur 113 connectée à la deuxième entrée 21b. Le fluide sort de cette première section via la cloison en nid d' abeille puis sort du radiateur principal avec le fluide de la deuxième section par la première entrée 22a. Le fluide passe alors par la pompe secondaire via la conduite de raccordement avec le thermostat b en position ouverte, et par le radiateur basse température avant de passer par les échangeurs RAS et EGR.
Dans la variante utilisant les radiateurs 102 et 202 des figures 4A et 4B, la totalité de la surface d'échange de la première section des radiateurs est utilisée pour la boucle basse température.
La figure 9 illustre un fonctionnement en mode normal à régime et charge élevés. Lorsque le moteur développe beaucoup de puissance, les calories à évacuer par le circuit principal sont importantes. La totalité du radiateur principal doit être utilisée pour assurer son refroidissement. Le système de vanne 4 fait la communication entre les voies 41 et 42, et entre les voies 43 et 44, les deux circuits sont indépendants. Le thermostat principal en position ouverte, le fluide HT entre dans la première section du radiateur principal par la première entrée 21a. Une partie du fluide arrivant dans la deuxième boite ressort de la première section par sa deuxième entrée 21b, l'autre partie passe dans la deuxième section via la cloison en nid d'abeille pour ressortir par la deuxième entrée 22b. Le fluide refroidi sortant de la première section par la deuxième conduite de radiateur 113 et sortant de la deuxième section par la conduite de raccordement 115 et la conduite de raccordement 114 passe ensuire dans le moteur. La circulation de fluide dans la boucle basse température, avec passage ou non dans le radiateur basse température est assurée par la pompe secondaire. Dans ce mode, la position du thermostat 5 n'a pas d'incidence sur l'indépendance des deux boucles. La figure 10 illustre un fonctionnement en mode dégradé pour les échangeur RAS et EGR, avec un refroidissement maximal du moteur thermique aidé par le radiateur basse température. Dans le cas d'une utilisation du véhicule en dehors du cahier des charges pour lequel il a été dimensionné, ou d'un défaut de fonctionnement, notamment un thermostat principal non fonctionnant, par exemple en mode bloqué, ou des tubes du radiateur principal bouchés, ou lorsque le véhicule fonctionne dans des conditions climatiques et /ou de roulage très sévères, par exemple à une température ambiante de 45°C, sur une montée avec une caravane, ou
sur autoroute à vitesse maximale, le refroidissement du moteur peut être très critique sur certains véhicules de forte motorisation. Pour que le véhicule soit toujours disponible et roulant, le dispositif permet d'utiliser le radiateur basse température pour le refroidissenent du moteur thermique. Ceci correspond à un mode dégradé pour l'échangeur RAS et I 'EGR, leur refroidissement n'est plus assuré afin de protéger le fonctionnement au moteur thermique. Le système de vanne 4 fait la communication entre les voies 41 et 42, et entre les voies 43 et 41, les thermostats 17, 5 et 36 sont tous en position ouverte. Le fluide sortant du moteur traverse les deux sections du radiateur principal comme précédemment, et une partie du fluide arrivant dans la partie inférieure de la deuxième boîte passe par la canalisation de raccordement 38 connectée à la première entrée, pour passer dans la boucle basse température, où il est refroidi par le radiateur basse température avant de rejoindre au niveau de la conduite de raccordement 114 le fluide sortant de la deuxième section. Dans ce mode, la pompe secondaire peut être activée pour favoriser la circulation de fluide dans la boucle basse température, en aspirant le fluide par la deuxième entrée de la deuxième section. La figure 11 illustre un fonctionnement en mode refroidissement du moteur et du palier de turbocompresseur après coupure à chaud du moteur, par la pompe secondaire 36. Après la coupure à chaud du moteur thermique, les gaz de combustion peuvent surchauffer localement le moteur et/ou les masses métalliques très chaudes autour du palier de turbocompresseur peuvent surchauffer l'huile de lubrification du palier. Pour protéger le moteur et le turbocompresseur, notamment son palier, contre toute surchauffe à l'arrêt du moteur thermique, et éviter un vieillissement accéléré de l'huile de lubrification, la pompe secondaire électrique
est mise en marche juste après l'arrêt moteur, et le système de vanne 4 met en communication les voies 41 et 42 pour faire circuler le liquide dans le moteur et le turbocompresseur. Après l'arrêt du moteur, et donc l'arrêt de la pompe principale, le liquide arrivant dans la partie supérieure de la deuxième boîte collectrice, après avoir traversé la première section d'échange, entre dans la partie inférieure de la deuxième boîte via la cloison en nid d'abeille, passe par la canalisation de raccordement 38, avec son thermostat de récupération de chaleur en position ouverte, puis passe dans la boucle basse température, où il est refroidi par le radiateur secondaire avant de rejoindre la conduite de radiateur 113 via la conduite de raccordement 114 pour refroidir le moteur et le palier de turoocompresseur . La pompe secondaire peut également être utilisée après la coupure à chaud du moteur pour faire circuler le liquide dans l'aérotherme afin d'assurer le confort thermique de 1 ' habitacle . La figure 12 illustre un fonctionnement en mode maintien du chauffage de l'habitacle. Le système de vanne 4 met en communication les voies 41 et 42, comme dans le mode précédent, avec cette fois-ci les thermostats 5, 36 et 17 en position fermée pour utiliser les calories emmagasinées dans le fluide et dans le moteur pour le chauffage de l'habitacle après l'arrêt du moteur. Ce mode de fonctionnement s'avère très intéressant pour un véhicule hybride avec la fonction « Stop and St art » (coupure du moteur lors d'un arrêt prolongé) La figure 13 représente un mode de réalisation simplifié du dispositif de la figure 1, dans laquelle la conduite de dérivation 18 et le thermostat 5 sont supprimés, la deuxième entrée de la deuxième section étant simplement raccordée à la boucle basse température par la conduite de raccordement 38. Ce dispositif plus économique et plus simple, a les mêmes fonctionnalités
que le dispositif de la figure 1, a l'exception du mode maintien du chauffage de l'habitacle (figure 12; et des deux modes démarrage à froid (figures 5 et 6) précités.
La figure 14 représente une variante de réalisation du deuxième mode de réalisaticr dans laquelle les échangeurs EGR et/ou RAS sont refroidis d'abord avec le liquide de HT de la boucle haute température, puis par le liquide BT de la boucle basse température. Les échangeurs RAS 134 et EGR 135 sont chacun sépares en deux parties pour le refroidissement de son flux gazeux à deux niveaux de température. Chaque échangeur comprend une partie basse température connectée au circuit secondaire via une entrée 134a, 135a et une sortie 134b, 135b, et une partie haute température connectée au circuit principal via une entrée 134c, 135c et une sortie 134d, 135d. L' échangeur RAS comprend une entrée amont et une sortie aval pour son montage en série sur le circuit d'air d'admission du moteur, de sorte que l'air de suralimentation passe dans l' échangeur en traversant la partie haute température puis la partie basse température. L' échangeur EGR comprend une entrée amont et une sortie aval pour le montage en série de l' échangeur RAS sur le circuit de gaz EGR du moteur, de sorte que les gaz EGR traversent la partie haute température puis la partie basse température.
Tel que représenté à la figure 14, les parties basse température sont connectées en parallèle sur la boucle basse température par leur entrée et sortie. Les parties haute température sont connectées en série sur le circuit principal, entre la première et la deuxième conduite de radiateur principal 112 et 113, de sorte que le fluide HT sortant du moteur passe dans la partie haute température de l' échangeur RAS puis dans celle de 1' échangeur EGR. L'entrée 134c de la partie haute température de l' échangeur RAS est connectée par une canalisation 116 à la première conduite de radiateur
principal 112, et sa sortie 134d est connectée par une canalisation 117 à l'entrée 135c de la partie haute température de l'échangeur EGR, la sortie 135d de cette dernière étanc connectée a la deuxième conduite de radiateur principal 113 par une canalisation 118.
Cette variante permet un fonctionnenent en mode démarrage à froid illustré sur la figure 14, dans lequel aucune des voies du système de vannes communiquent pour récupérer la chaleur de ces deux échangeurs et ainsi accélérer la montée en température du moteur.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Claims
1. Dispositif de gestion thermique pour véhicule automobile équipe d'un moteur thermique, notamment d' un moteur a combustion interne suralimente, comprenant un circuit principal de refroidissement a haute température, comprenant une boucle haute température équipée d'un radiateur principal a haute température et de moyens de circulation d'un liquide de refroidissement entre ledit radiateur principal et le moteur, la surface d' échange du radiateur principal étant scindée en au moins une première section, avec une première et une deuxième entrée pour la circulation de fluide, et une seconde section avec une première entrée et une deuxième entrée pour la circulation de fluide, un circuit secondaire de refroidissement a basse température, comprenant une boucle basse température équipée d'un radiateur secondaire à basse température et de moyens de circulation d'un liquide de refroidissement à basse température, et des moyens d'interconnexion reliant le circuit principal et le circuit secondaire, lesdits moyens d'interconnexion permettant d'intégrer les deux sections du radiateur principal au circuit principal ou d' intégrer la première section au circuit principal et la deuxième section au circuit secondaire, caractérisé en ce que
- la première entrée (21a, 121a, 221a) et la deuxierre entrée (21b, 121b, 221b) de la première section (21, 121, 221) du radiateur principal (2) sont connectées respectivement à une première conduite de radiateur principal (112) et une deuxième conduite de radiateur principal (113) de la boucle haute température (11), la première entrée (22a, 122a, 222a) de la deuxième section (22, 122, 222) étant connectée à la boucle basse température (31), et reliée à la première entrée de la première section par des moyens de communication fluidique (27, 127, 227) ,
- lesdits moyens d' interconnexion comprenant un système de vannes à quatre voies (4) connecté par une première voie (41) à la deuxième conduite de radiateur principal
(113), par une deuxième voie (42) à la deuxième entrée
(22b, 122b, 222b) de la deuxième section du radiateur principal, et intercalé sur la boucle basse température par une troisième voie (43) et une quatrième voie (44) , -ledit système de vanne à quatre voies étant apte à mettre en communication d'une part la première voie (41) et la deuxième voie (42) et d'autre part la troisième voie (43) et quatrième voie (44) pour séparer le circuit principal (1) et le circuit secondaire (3) , en intégrant la première et la deuxième section du radiateur principal dans la boucle haute température, dans un fonctionnement en mode normal à régime et charge élevés,
-à mettre en communication la troisième voie et la deuxième voie pour intégrer la deuxième section du radiateur principal dans la boucle basse température, dans un fonctionnement en mode normal à régime et charge modérés, avec refroidissement renforcé du circuit secondaire, et - à mettre en communication la troisième voie avec la première voie et la deuxième voie pour intégrer la deuxième section et au moins en partie la première section du radiateur principal dans la boucle basse température, dans un fonctionnement en mode normal à régime et charge modérés, avec refroidissement très renforcé du circuit secondaire.
2. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de vanne (4) est apte à mettre en communication la première voie (41) avec les deuxième et troisième voies (42, 43) pour un refroidissement du moteur thermique (9) à l'aide du radiateur secondaire (32), dans un mode de fonctionnement en mode dégradé.
3. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de vanne (4) est apte à mettre en communication la première voie (41) et la troisième voie (43) pour refroidir le moteur (9) lors de l'arrêt à chaud du moteur, dans un fonctionnement en mode refroidissement du moteur.
4. Dispositif de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit principal (1) comprend un thermostat principal (17) sur la première conduite de radiateur principal (112) pour couper ou autoriser la circulation de fluide en direction du radiateur principal (2) .
5. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de dérivation (18) reliant la première conduite de radiateur principal (112), en amont du thermostat principal (17), à un thermostat de récupération de chaleur (5), monté sur la conduite de raccordement (38) de la première entrée (22a) de la deuxième section (22) a la boucle basse température (31), ledit thermostat mettant en communication soit la deuxième section (22) avec la boucle basse température, pour lesdits fonctionnements en mode dégrade e: en mode normal avec refroidissement renforcé et très renforcé, soit la conduite de dérivation avec la boucle basse température pour la récupération de calories dans un fonctionnement en mode démarrage à froid et/ou en mode chauffage de l'habitacle à l'arrêt du moteur, fonctionnement dans lequel le système de vanne (4) met en communication la première voie (41) et la troisième voie (43) .
6. Dispositif de gestion thermα que selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boucle basse température (31) comprend une conduite de dérivation du radiateur basse température (37) connectée en amont du radiateur secondaire (32) à un thermostat de récupération de chaleur (36) .
7. Dispositif de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit système de vanne comprend quatre vannes à 2 voies pilotées : une première vanne (45) reliant les première et troisième voies (41, 43), une deuxième vanne (46) reliant les deuxième et troisième voies (42,43), une troisième vanne (47) reliant les première et deuxième voies (41 42) et une quatrième vanne (48) reliant les troisième et quatrième voies (43, 44) .
8. Dispositif de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le radiateur principal (2) est formé d'un échangeur unique avec une première et une deuxième boîte collectrice (23,24 ; 123, 124), la première et la deuxième section (21, 22 ; 121, 122) étant définies par une cloison étanche (26, 126) et une cloison en nid d'abeille (27, 127) positionnées respectivement dans la première et la deuxième boîte collectrice, ladite cloison en nid d'abeille constituant lesdits moyens de communication fluidique .
9. Dispositif de gestion thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la boucle basse température (31) intègre un radiateur air de suralimentation/liquide, dit radiateur RAS (34, 134) , et un radiateur gaz d'échappement recirculés/liquide dit radiateur EGR (35, 135) .
10. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le radiateur EGR
(135) et/ou le radiateur RAS (134) comprennent d'amont en aval par rapport aux flux gazeux les traversant, au moins une partie haute température, reliée au circuit principal
(1) , et une partie basse température reliée au circuit secondaire (3) pour un refroidissement à deux niveaux de température desdits flux gazeux.
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