EP3816446A1 - Circuit de refroidissement d'un vehicule automobile - Google Patents

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EP3816446A1
EP3816446A1 EP19206687.6A EP19206687A EP3816446A1 EP 3816446 A1 EP3816446 A1 EP 3816446A1 EP 19206687 A EP19206687 A EP 19206687A EP 3816446 A1 EP3816446 A1 EP 3816446A1
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EP
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circuit
screw
driven
pump
screws
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Didier Richard
Lionel Martin
Dominique Vaginet
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Illinois Tool Works Inc
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Illinois Tool Works Inc
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Publication date
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    • F04C2270/86—Detection

Definitions

  • the invention relates to the field of cooling circuits for vehicles, in particular automobiles.
  • a cooling circuit for a motor vehicle such as that shown in figure 1 , comprises in particular at least one pump 12 ensuring the circulation of a cooling liquid, such as water, in the cooling circuit.
  • a cooling liquid such as water
  • a cooling circuit may further include a coolant reservoir 10, a heat exchanger 14 and at least one element 16 to be cooled, such as an engine of the vehicle.
  • Element 16 is equipped with a temperature sensor 20, the signals of which are transmitted to a unit 18 for controlling a proportional valve 22 making it possible to regulate the flow of coolant leaving the pump 12 and supplying the heat exchanger. heat 14.
  • the pump 12 is a centrifugal pump, that is to say it is a pump whose rotor is formed by a paddle wheel configured to suck liquid through the center and to push it back by its periphery.
  • the coolant flow rate at the outlet of the pump depends on the speed of rotation of the impeller but is not always constant and it is therefore necessary to associate the aforementioned proportional valve 22 with this type of pump.
  • the circuit would include other (auxiliary) pumps, these pumps would also be centrifugal pumps.
  • the present invention provides an improvement to this technology.
  • the invention relates to a cooling circuit for a vehicle, in particular a motor vehicle, this circuit comprising a pump comprising at least one rotor driven in rotation by a motor and configured to force the circulation of cooling liquid in the circuit, characterized in that said at least one rotor comprises at least one driving screw driven by said motor, and at least one driven screw driven by said at least one driving screw, the driving and driven screws being configured to force the circulation of liquid cooling in the circuit.
  • a screw pump makes it possible to provide an output flow rate proportional to the speed of rotation of the motor and which is canceled as soon as the pump is stopped.
  • a screw pump in a cooling circuit, it is therefore understood that it would be conceivable to eliminate the proportional valve necessary when using a centrifugal pump.
  • another advantage is linked to the small size of a screw pump compared to a centrifugal pump.
  • the power of a screw pump can for example be optimized by adapting the length, diameter and / or number of screws, while the power of a centrifugal pump can be optimized only by the diameter and thickness of its spinning wheel.
  • screws in the pump which are not made of metal but which are rather made of plastic or composite material, in order to reduce the weight of the pump and facilitate the production of these screws, for example by injection molding.
  • the number of driving screws and driven screws is not limiting and is determined as a function of the needs in terms of flow rate at the pump outlet in particular.
  • the present invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising at least one circuit as described above.
  • the figure 2 illustrates a cooling circuit 24 within the meaning of the invention.
  • This circuit 24 comprises at least one screw pump 26.
  • the circuit 24 further comprises a reservoir 10 of cooling liquid.
  • the screw pump 26 and the reservoir 10 can be two separate elements connected by at least one pipe, or they can be mounted one on top of the other as in the example of figure 3 where the pump 26 is attached directly to the reservoir 10.
  • the pump 26 comprises an inlet 26a connected to the reservoir 10 or opening into this reservoir, and an outlet 26b.
  • the screw pump 26 is connected to a heat exchanger 14 and to an element 16 to be cooled.
  • the outlet 26b of the pump 26 is connected to an inlet 14a of the exchanger 14, an outlet 14b of which is connected to an inlet 16a of the element 16.
  • This element 16 comprises an outlet 16b connected to the inlet 26a of the pump. 26 or tank 10.
  • the element 16 is equipped with a temperature sensor 20, the signals of which are transmitted to a control unit 18 of the screw pump 26 in order to regulate the flow of coolant leaving the pump 12 and supplying the heat exchanger. heat 14.
  • a screw pump 26 includes at least one drive screw driven by a motor, and at least one driven screw driven by the drive screw (s), the drive screw (s) and driven screw (s) configured to force circulation of coolant in the circuit.
  • the figures 4 to 6 illustrate exemplary embodiments of a screw pump 26.
  • the pump 26 comprises a driving screw 28 and a driven screw 30.
  • the driving screw 28 has an elongated shape and comprises one end connected to a drive shaft 32 of the motor 33, which is for example an electric motor.
  • the screw 28 comprises a helical thread which extends substantially over its entire length.
  • the screw 28 is housed in a first central housing 34 of a cylindrical body 36 of the pump 26.
  • the driven screw 30 has an elongated shape and extends alongside the drive screw 28, parallel thereto.
  • the screw 30 comprises a helical thread which extends substantially over its entire length, and which is complementary to that of the screw 30 so that the screws are meshed and the screw 30 is driven in rotation by the screw 28 which is itself. even rotated by axis 32.
  • the screw 30 is housed in a second lateral housing 38 of the body 36.
  • the housings 34, 38 communicate with each other, as illustrated in the drawing.
  • the body 36 is fixed to one end of the motor 33, and comprises for example at one axial end an annular fixing flange 36a
  • the pump 26 comprises a driving screw 28 and three driven screws 30.
  • the driving screw 28 has an elongated shape and includes one end connected to the drive shaft 32 of the motor.
  • the screw 28 comprises a helical thread which extends substantially over its entire length.
  • the screw 28 is housed in a first central housing 34 of a cylindrical body 36 of the pump 26.
  • the driven screws 30 each have an elongated shape and extend adjacent to the drive screw 28, parallel thereto. They are regularly spaced from each other around the screw 28. Each screw 30 comprises a helical thread which extends substantially over its entire length, and which is complementary to that of the screw 30 so that the screws are meshed and each screw 30 is driven in rotation by the screw 28 which is itself driven in rotation by the axis 32.
  • the screws 30 are housed in side housings 38 of the body 36.
  • the housings 34, 38 communicate with each other, as illustrated in the drawing.
  • the body 36 is fixed in a cowling 40 which is fixed to one end of the engine.
  • This cowling 40 defines the inlet 26a and the outlet 26b of the pump 36.
  • the pump 26 comprises two driving screws 28 and two driven screws 30.
  • Each driving screw 28 has an elongated shape and comprises a helical thread which extends substantially over its entire length.
  • the driving screws 28 are arranged parallel and side by side, and housed in the first housings 34 of the body 36.
  • Each screw 28 carries at an axial end a pinion 42.
  • a toothed wheel 44 is disposed between the pinions 42 integral with the screws 28 and is meshed with the latter so as to form a gear train.
  • the toothed wheel 44 is mounted on the motor drive shaft (not visible) and drives the screws 28 via the pinions 42.
  • the driven screws 30 each have an elongated shape and extend adjacent to the drive screws 28, parallel thereto.
  • the axes of rotation of the screws 28, 30 are parallel and located for example on four corners of a parallelepiped.
  • Each screw 30 comprises a helical thread which extends substantially over its entire length, and which is complementary to that of the screw 28 so that the screws are meshed and each screw 30 is driven in rotation by one of the screws 28.
  • the screws 30 are housed in side housings 38 of the body 36.
  • the housings 34, 38 communicate with each other, as illustrated in the drawing.
  • the body 36 is mounted in a cowling 38 which is fixed to one end of the motor.
  • This cowling 36 defines the inlet and the outlet 26b of the pump 36.
  • the screws 28, 30 are advantageously made of plastic or composite material. They are for example produced by injection molding, which makes it possible to have screws of complex shape at a relatively limited cost.

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Abstract

Circuit de refroidissement (24) pour un véhicule, en particulier automobile, ce cicuit comportant une pompe (26) comportant au moins un rotor entraîné en rotation par un moteur (33) et configuré pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit, caractérisé en ce que ledit au moins un rotor comprend au moins une vis menante (28) entraînée par ledit moteur, et au moins une vis menée (30) entraînée par ladite au moins une vis menante, les vis menante(s) et menée(s) étant configurées pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention concerne le domaine des circuits de refroidissement pour véhicules, en particulier automobiles.
    • Arrière-plan technique
  • De façon classique, un circuit de refroidissement pour un véhicule automobile, tel que celui représenté à la figure 1, comprend notamment au moins une pompe 12 assurant la circulation d'un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, dans le circuit de refroidissement.
  • Un circuit de refroidissement peut comprendre en outre un réservoir 10 de liquide de refroidissement, un échangeur de chaleur 14 et au moins un élément 16 à refroidir, tel qu'un moteur du véhicule.
  • L'élément 16 est équipé d'un capteur de température 20 dont les signaux sont transmis à une unité 18 de contrôle d'une vanne proportionnelle 22 permettant de réguler le débit de liquide de refroidissement sortant de la pompe 12 et alimentant l'échangeur de chaleur 14.
  • Dans la technique actuelle, la pompe 12 est une pompe centrifuge, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une pompe dont le rotor est formé par un rouet à aubes configuré pour aspirer du liquide par le centre et pour le refouler par sa périphérie. Le débit de liquide de refroidissement en sortie de la pompe dépend de la vitesse de rotation du rouet mais n'est pas toujours constant et il est donc nécessaire d'associer à ce type de pompe la vanne proportionnelle 22 précitée. Par ailleurs, il y a un temps de latence entre l'arrêt d'une pompe centrifuge et l'annulation du débit en sortie de la pompe. Dans le cas où le circuit comprendrait d'autres pompes (auxiliaires), ces pompes seraient également des pompes centrifuges.
  • La présente invention propose un perfectionnement à cette technologie.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention concerne un circuit de refroidissement pour un véhicule, en particulier automobile, ce circuit comportant une pompe comportant au moins un rotor entraîné en rotation par un moteur et configuré pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit, caractérisé en ce que ledit au moins un rotor comprend au moins une vis menante entraînée par ledit moteur, et au moins une vis menée entraînée par ladite au moins une vis menante, les vis menante(s) et menée(s) étant configurées pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit.
  • Un des avantages d'une pompe à vis est qu'elle permet de fournir un débit en sortie proportionnel à la vitesse de rotation du moteur et qui s'annule dès que la pompe est arrêtée. Dans le cadre de l'utilisation d'une pompe à vis dans un circuit de refroidissement, on comprend donc qu'il serait envisageable de supprimer la vanne proportionnelle nécessaire lors de l'utilisation d'une pompe centrifuge. Par ailleurs, un autre avantage est lié au faible encombrement d'une pompe à vis par rapport à une pompe centrifuge. La puissance d'une pompe à vis peut par exemple être optimisée en adaptant la longueur, le diamètre et/ou le nombre des vis, alors que la puissance d'une pompe centrifuge peut être optimisée seulement par le diamètre et l'épaisseur de son rouet. Il serait par ailleurs avantageux d'utiliser des vis dans la pompe qui ne soient pas réalisées en métal mais qui soient plutôt réalisées en matériau plastique ou composite, afin de réduire le poids de la pompe et faciliter la réalisation de ces vis, par exemple par injection moulage.
  • Le nombre de vis menantes et de vis menées n'est pas limitatif et est déterminé en fonction des besoins en termes de débit en sortie de pompe notamment.
  • Le circuit peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
    • le circuit comprend une vis menante alignée sur un axe du moteur, et une ou plusieurs vis menée(s) s'étendant parallèlement à la vis menante et engrenée(s) avec cette vis menante,
    • le circuit comprend deux vis menantes parallèles à un axe du moteur et entraînées par ce dernier par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, et des vis menées s'étendant parallèlement aux vis menantes et engrenées avec ces vis menantes,
    • le nombre de vis menante(s) et menée(s) de la pompe est compris entre 2 et 16 ; ce nombre n'est toutefois pas limitatif, le nombre de vis menante est par exemple compris entre 1 et 4 et le nombre de vis menées est par exemple compris entre 1 et 4 pour chacune des vis menantes,
    • les vis menante(s) et menée(s) sont montées et guidées en rotation dans des logements cylindriques d'un même corps fixe de la pompe,
    • le corps fixe est monté à une extrémité du moteur,
    • les vis sont en matériau plastique ou composite,
    • la pompe est fixée sur un réservoir de liquide de refroidissement,
    • le circuit comporte un échangeur de chaleur, au moins un élément à refroidir et un capteur de température de cet équipement, le circuit étant dépourvu de vanne proportionnelle et ladite pompe étant configurée pour être commandée par une unité de contrôle en fonction de signaux émis par ledit capteur de température.
  • La présente invention concerne également un véhicule, en particulier automobile, comportant au moins un circuit tel que décrit ci-dessus.
    • Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig. 1] la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de refroidissement d'un véhicule,
    • [Fig. 2] la figure 2 est une vue schématique d'un circuit de refroidissement d'un véhicule, selon un mode de réalisation de l'invention,
    • [Fig. 3] la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un réservoir de liquide de refroidissement équipé d'une pompe à vis,
    • [Fig. 4] la figure 4 est une vue schématique en perspective éclatée d'un premier mode de réalisation d'une pompe à vis,
    • [Fig. 5] la figure 5 est une vue schématique en perspective éclatée d'un deuxième mode de réalisation d'une pompe à vis,
    • [Fig. 6] la figure 6 est vue schématique en perspective éclatée d'un troisième mode de réalisation d'une pompe à vis.
    Description détaillée de l'invention
  • La figure 1 a été décrite dans ce qui précède.
  • La figure 2 illustre un circuit de refroidissement 24 au sens de l'invention. Ce circuit 24 comprend au moins une pompe à vis 26. Le circuit 24 comprend en outre un réservoir 10 de liquide de refroidissement.
  • La pompe à vis 26 et le réservoir 10 peuvent être deux éléments distincts reliés par au moins une conduite, ou ils peuvent être montés l'un sur l'autre comme dans l'exemple de la figure 3 où la pompe 26 est fixée directement sur le réservoir 10.
  • On comprend que la pompe 26 comprend une entrée 26a raccordée au réservoir 10 ou débouchant dans ce réservoir, et une sortie 26b.
  • La pompe à vis 26 est raccordée à un échangeur de chaleur 14 et à un élément 16 à refroidir. La sortie 26b de la pompe 26 est reliée à une entrée 14a de l'échangeur 14 dont une sortie 14b est reliée à une entrée 16a de l'élément 16. Cet élément 16 comprend une sortie 16b raccordée à l'entrée 26a de la pompe 26 ou au réservoir 10.
  • L'élément 16 est équipé d'un capteur de température 20 dont les signaux sont transmis à une unité 18 de contrôle de la pompe à vis 26 afin de réguler le débit de liquide de refroidissement sortant de la pompe 12 et alimentant l'échangeur de chaleur 14.
  • Une pompe à vis 26 comprend au moins une vis menante entraînée par un moteur, et au moins une vis menée entraînée par la ou les vis menante(s), les vis menante(s) et menée(s) étant configurées pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit.
  • Les figures 4 à 6 illustrent des exemples de réalisation d'une pompe à vis 26. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la pompe 26 comprend une vis menante 28 et une vis menée 30. La vis menante 28 a une forme allongée et comprend une extrémité connectée à un axe d'entraînement 32 du moteur 33, qui est par exemple un moteur électrique.
  • La vis 28 comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur. La vis 28 est logée dans un premier logement central 34 d'un corps cylindrique 36 de la pompe 26.
  • La vis menée 30 a une forme allongée et s'étend à côté de la vis menante 28, parallèlement à celle-ci. La vis 30 comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur, et qui est complémentaire de celui de la vis 30 afin que les vis soient engrenées et que la vis 30 soit entraînée en rotation par la vis 28 qui est elle-même entraînée en rotation par l'axe 32.
  • La vis 30 est logée dans un second logement latéral 38 du corps 36. Les logements 34, 38 communiquent ensemble, comme illustré dans le dessin.
  • Le corps 36 est fixé à une extrémité du moteur 33, et comprend par exemple à une extrémité axiale une bride annulaire 36a de fixation
  • Dans le mode de réalisation de la figure 5, la pompe 26 comprend une vis menante 28 et trois vis menées 30. La vis menante 28 a une forme allongée et comprend une extrémité connectée à l'axe d'entraînement 32 du moteur.
  • La vis 28 comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur. La vis 28 est logée dans un premier logement central 34 d'un corps cylindrique 36 de la pompe 26.
  • Les vis menées 30 ont chacune une forme allongée et s'étendent à côté de la vis menante 28, parallèlement à celle-ci. Elles sont régulièrement espacées les unes des autres autour de la vis 28. Chaque vis 30 comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur, et qui est complémentaire de celui de la vis 30 afin que les vis soient engrenées et que chaque vis 30 soit entraînée en rotation par la vis 28 qui est elle-même entraînée en rotation par l'axe 32.
  • Les vis 30 sont logées dans des logements latéraux 38 du corps 36. Les logements 34, 38 communiquent ensemble, comme illustré dans le dessin.
  • Le corps 36 est fixé dans un capotage 40 qui est fixé à une extrémité du moteur. Ce capotage 40 définit l'entrée 26a et la sortie 26b de la pompe 36.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 6, la pompe 26 comprend deux vis menantes 28 et deux vis menées 30. Chaque vis menante 28 a une forme allongée et comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur. Les vis menantes 28 sont disposées parallèlement et côte à côte, et logées dans des premiers logements 34 du corps 36.
  • Chaque vis 28 porte à une extrémité axiale un pignon 42. Une roue dentée 44 est disposée entre les pignons 42 solidaires des vis 28 et est engrenée avec ces derniers de façon à former un train d'engrenages. La roue dentée 44 est montée sur l'axe d'entraînement du moteur (non visible) et entraîne les vis 28 par l'intermédiaire des pignons 42.
  • Les vis menées 30 ont chacune une forme allongée et s'étendent à côté des vis menantes 28, parallèlement à celle-ci. Les axes de rotation des vis 28, 30 sont parallèles et situés par exemple sur quatre coins d'un parallélépipède.
  • Chaque vis 30 comprend un filet hélicoïdal qui s'étend sensiblement sur toute sa longueur, et qui est complémentaire de celui de la vis 28 afin que les vis soient engrenées et que chaque vis 30 soit entraînée en rotation par une des vis 28.
  • Les vis 30 sont logées dans des logements latéraux 38 du corps 36. Les logements 34, 38 communiquent ensemble, comme illustré dans le dessin.
  • Comme dans le précédent mode de réalisation, le corps 36 est monté dans un capotage 38 qui est fixé à une extrémité du moteur. Ce capotage 36 définit l'entrée et la sortie 26b de la pompe 36.
  • Dans les différents modes de réalisation décrits dans ce qui précède, les vis 28, 30 sont avantageusement réalisées en matériau plastique ou composite. Elles sont par exemple réalisées par injection moulage, ce qui permet d'avoir des vis de forme complexe à un coût relativement limité.
  • L'invention apporte plusieurs avantages, parmi lesquels :
    • le coût réduit d'une pompe à vis notamment par l'utilisation de vis en plastique injecté ;
    • une consommation de courant du moteur 33 qui est proportionnel au débit de la pompe 26 ; ce qui permet une économie d'énergie par rapport à une pompe centrifuge quand un faible débit de liquide est nécessaire ;
    • la pompe à vis 26 permet de stopper la circulation de liquide dans le circuit quand le moteur 33 ne fonctionne pas ; cela peut par exemple permettre de supprimer une vanne de fermeture du circuit de la technique antérieure ;
    • le débit de la pompe est directement proportionnel à la vitesse de rotation du moteur ; la pompe peut être directement pilotée en fonction de la température de l'élément à refroidir 16 ;
    • le transfert de liquide peut se faire dans les deux sens et est fonction du sens de rotation du moteur ; alors qu'il ne peut passer que dans un sens dans une pompe centrifuge ;
    • la pompe à vis a un meilleur rendement hydraulique ; c'est-à-dire que la consommation de courant est moins élevée pour un même volume de liquide transféré ;
    • la pompe à vis permet d'obtenir une pression plus élevée par rapport à une pompe centrifuge, quelle que soit la vitesse de son rotor ;
    • la pompe à vis fournit un débit de liquide en sortie proportionnel à la vitesse de rotation du moteur;
    • il n'y a pas de phénomène de cavitation dans une pompe à vis ; et
    • la pompe à vis est relativement compacte et facilement intégrable dans un réservoir de liquide de refroidissement.

Claims (10)

  1. Circuit de refroidissement (24) pour un véhicule, en particulier automobile, ce circuit comportant une pompe (26) comportant au moins un rotor entraîné en rotation par un moteur (33) et configuré pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit, caractérisé en ce que ledit au moins un rotor comprend au moins une vis menante (28) entraînée par ledit moteur, et au moins une vis menée (30) entraînée par ladite au moins une vis menante, les vis menante(s) et menée(s) étant configurées pour forcer la circulation de liquide de refroidissement dans le circuit.
  2. Circuit (24) selon la revendication 1, dans lequel il comprend une vis menante (28) alignée sur un axe (32) du moteur (33), et une ou plusieurs vis menée(s) (30) s'étendant parallèlement à la vis menante et engrenée(s) avec cette vis menante.
  3. Circuit (24) selon la revendication 1, dans lequel il comprend deux vis menantes (28) parallèles à un axe (32) du moteur (33) et entraînées par ce dernier par l'intermédiaire d'un train d'engrenages (42, 44), et des vis menées (30) s'étendant parallèlement aux vis menantes et engrenées avec ces vis menantes.
  4. Circuit (24) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nombre de vis menante(s) et menée(s) (28, 30) de la pompe (26) est compris entre 2 et 16.
  5. Circuit (24) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les vis menante(s) et menée(s) (28, 30) sont montées et guidées en rotation dans des logements cylindriques (34, 38) d'un même corps fixe (26) de la pompe (26).
  6. Circuit (24) selon la revendication précédente, dans lequel le corps fixe (26) est monté à une extrémité du moteur (33).
  7. Circuit (24) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les vis (28, 30) sont en matériau plastique ou composite.
  8. Circuit (24) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pompe (26) est fixée sur un réservoir (10) de liquide de refroidissement.
  9. Circuit (24) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un échangeur de chaleur (14), au moins un élément à refroidir (16) et un capteur de température (20) de cet équipement, le circuit étant dépourvu de vanne proportionnelle (22) et ladite pompe (26) étant configurée pour être commandée par une unité de contrôle (18) en fonction de signaux émis par ledit capteur de température.
  10. Véhicule, en particulier automobile, comportant au moins un circuit (24) selon l'une des précédentes.
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