EP3884145B1

EP3884145B1 - Procede et dispositif de refroidissement d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: EP3884145B1
Application number: EP19806024.6A
Authority: EP
Inventors: Michel ANGELI; Philippe Marcais; Olivier JEAN BAPTISTE; Daniel Coulaud
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: WO2020104735A1; EP3884145A1; FR3088677A1; FR3088677B1

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Plus spécifiquement, la présente invention concerne le pilotage de l'ouverture du thermostat en fonction de la température de liquide de refroidissement.
Il est habituel que les moteurs à combustion interne coopèrent avec un dispositif de refroidissement permettant d'évacuer la chaleur de combustion afin d'éviter une surchauffe du moteur. Un système de refroidissement typique utilise un liquide de refroidissement qui circule à travers le moteur au moyen, par exemple, d'une pompe. Le liquide peut être de l'eau comportant avantageusement un ou plusieurs additifs.
Les systèmes de refroidissement du moteur comprennent généralement un échangeur de chaleur (radiateur) et un thermostat.
Le thermostat peut être utilisé pour détecter la température du moteur et pour ouvrir ou "commuter" une ou plusieurs conduits d'un circuit de retour afin de permettre au liquide de refroidissement chauffé de sortir du moteur et de retourner en entrée à la pompe. Spécifiquement, le thermostat peut être agencé pour ouvrir un conduit de radiateur du système de refroidissement afin de permettre la circulation du liquide de refroidissement chauffé lors de son passage dans le moteur, dans le radiateur, et ce, lorsque le moteur atteint un seuil de température donné.
Lorsque le moteur est froid ou fonctionne au-dessous d'un seuil de température donné, le thermostat permet de fermer (ou de maintenir fermée) le conduit de radiateur et d'ouvrir (ou de maintenir ouverte) un conduit de dérivation de sorte que le liquide de refroidissement ne circule pas dans le radiateur, mais est renvoyé en entrée du moteur.
Toutefois, un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne nécessite un moyen pour éliminer les gaz du liquide de refroidissement. L'origine de ces gaz, qui augmente le volume du liquide de refroidissement et diminue son efficacité, provient généralement de la fuite des gaz de combustion en dehors de la culasse. Ceci peut être prévenu en prévoyant une conduite de dégazage qui mène du moteur à un réservoir ou boîtier dit de dégazage dans lequel le réfrigérant chauffé peut s'écouler et qui permet la séparation des gaz du réfrigérant chauffé. DE 10 2015 116407 A1 divulgue un tel procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne.
Selon certaines architectures, la conduite de dégazage fait partie d'un circuit de sortie du moteur de sorte que le liquide de refroidissement chauffé s'écoule dans le réservoir de dégazage et est ensuite renvoyé vers le circuit d'entrée du moteur pour recirculation. De ce fait, la conduite menant au réservoir de dégazage tend à être ouverte en permanence, de sorte que le liquide de refroidissement s'écoule dans le réservoir de dégazage lorsque le système de refroidissement du moteur est en fonctionnement et lorsqu'il ne l'est pas. Ainsi, le débit dans le réservoir de dégazage se produit même lorsque le volume de gaz en suspension dans le réfrigérant est faible, et que le dégazage du réfrigérant n'est pas nécessaire.
En conséquence, le moteur met plus longtemps à se réchauffer en raison d'un flux de liquide de refroidissement potentiellement inutile dans le réservoir de dégazage. En outre, le débit de liquide de refroidissement dans le réservoir de dégazage peut également nuire aux performances d'unités de chauffage accessoirement adjointes pour chauffer le moteur au démarrage en climats froids.
Il s'est alors avéré avantageux d'agencer le réservoir de dégazage sur une boucle piquée sur le circuit du radiateur, de manière à dégazer le liquide lors de son passage dans le radiateur, c'est-à-dire à chaque fois que le thermostat est ouvert.
De ce fait, l'opération de dégazage du liquide de refroidissement est associée à la température seuil d'ouverture du thermostat et donc au refroidissement dudit liquide.
Cependant, dans les configurations selon lesquelles le véhicule cumule des sessions courtes de roulage, entre lesquelles le moteur se refroidit, il s'écoule un temps important entre les ouvertures du thermostat, temps pendant lequel le circuit va s'engazer.
C'est pourquoi, un des objectifs de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de refroidissement permettant un dégazage suffisant du liquide de refroidissement sans imposer une consigne de régulation thermique trop basse au moteur.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de refroidissement permettant un dégazage régulier du circuit de refroidissement.
L'invention propose à cet effet un procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne au moyen d'un dispositif de refroidissement comprenant une entrée destinée à admettre un liquide réfrigérant dans le moteur et une sortie destinée à évacuer ledit liquide réfrigérant, le dispositif comportant en outre une pompe au niveau de ladite entrée pour mettre en mouvement ledit liquide, ainsi qu'un moyen de régulation de la circulation du liquide en sortie, ledit moyen de régulation permettant au liquide de refroidissement d'emprunter soit une première boucle, dite boucle de dérivation, soit une seconde boucle traversant un échangeur, dite boucle de refroidissement, lesdites première et seconde boucles effectuant un retour en entrée du moteur, le dispositif comportant en outre un boîtier de dégazage connecté à la seconde boucle, le moyen de régulation de la circulation du liquide comportant des moyens de pilotage pour orienter le liquide en fonction de sa température vers la première ou bien la seconde boucle, lesdits moyens de pilotage étant dotés d'une première horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, et d'une seconde horloge destinée à décompter le temps CtEGZ pendant lequel le moteur fonctionne, procédé dans lequel :

le liquide est orienté vers la première boucle, dite boucle de dérivation, lorsque la température du liquide est inférieure à une valeur seuil déterminée, et est orienté vers la seconde boucle traversant l'échangeur, lorsque la température du liquide est supérieure à ladite valeur seuil,
la première horloge de décompte du temps CtO par la première horloge est activée lorsque le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle,
la seconde horloge de décompte du temps CtEGZ par la seconde horloge est activée lorsque le moteur est en fonctionnement,
la valeur seuil initiale Tinit est abaissée à une valeur T2<Tinit, lorsque le décompte du temps CtEGZ par la seconde horloge dépasse une durée déterminée D2,
la valeur seuil T2 est abaissée à une valeur T3<T2, lorsque le décompte du temps CtEGZ par la seconde horloge dépasse une durée déterminée D3, D3>D2.

Ainsi, l'opération de dégazage du liquide de refroidissement est associée à la température seuil d'ouverture du thermostat et donc au refroidissement dudit liquide.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.
De manière préférentielle, la première horloge et la seconde horloge sont réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtO par la première horloge dépasse une valeur seuil déterminée D1, D1>D3 et D1<D2.
De manière avantageuse les moyens de pilotage du moyen de régulation comportent une troisième horloge destinée à décompter le temps CtF pendant lequel le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle, ladite horloge ainsi que l'horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, étant réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtF dépasse une valeur seuil déterminée D4.
Selon une configuration avantageuse, le liquide de refroidissement est de l'eau, préférentiellement additivée tel que de l'eau glycolée.
L'invention propose par ailleurs un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne , comprenant une entrée destinée à admettre un liquide réfrigérant dans le moteur et une sortie destinée à évacuer ledit liquide réfrigérant, le dispositif comportant en outre une pompe au niveau de ladite entrée pour mettre en mouvement ledit liquide, ainsi qu'un moyen de régulation de la circulation du liquide en sortie, ledit moyen de régulation permettant au liquide de refroidissement d'emprunter soit une première boucle, dite boucle de dérivation, soit une seconde boucle traversant un échangeur thermique, dite boucle de refroidissement, lesdites première et seconde boucles effectuant un retour en entrée du moteur, le dispositif comportant en outre un boîtier de dégazage connecté à la seconde boucle, caractérisé en ce que le moyen de régulation de la circulation du liquide comprend des moyens de pilotage pour orienter le liquide en fonction de sa température vers la première ou bien la seconde boucle, qui sont dotés au moins d'une première horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, et d'une seconde horloge destinée à décompter le temps CtEGZ pendant lequel le moteur fonctionne.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou de substitution sont énoncées ci-après.
De manière préférentielle, les moyens de pilotage du moyen de régulation comportent une troisième horloge destinée à décompter le temps CtF pendant lequel le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle, ladite horloge étant réinitialisée à zéro lorsque le décompte du temps CtF dépasse une valeur seuil déterminée D4.
Selon une variante avantageuse, le boîtier de dégazage est connecté à la seconde boucle au moyen d'un premier circuit piqué en amont et en aval de l'échangeur thermique.
Selon une autre variante avantageuse, le boîtier de dégazage peut aussi être connecté à la seconde boucle au moyen d'un second circuit piqué en sortie du moyen de régulation et en aval de l'échangeur thermique.
De préférence, le moyen de régulation de la circulation du liquide en sortie du moteur est un thermostat.
En outre, le dispositif de refroidissement peut aussi comporter en outre une troisième boucle destinée à alimenter un module de chauffage de l'habitacle.
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :

[Fig. 1], la figure 1 est un schéma de principe du procédé selon un mode de réalisation l'invention.
[Fig. 2], la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments.
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
La Figure 2 représente un exemple de dispositif de refroidissement de moteur tel qu'envisagé dans l'invention.
Le dispositif de refroidissement comprend une entrée destinée à admettre du réfrigérant dans le moteur et une sortie destinée à évacuer ledit liquide réfrigérant.
Le dispositif comporte en outre une pompe 5 au niveau de ladite entrée pour mettre en mouvement ledit liquide à travers notamment le moteur, ainsi qu'un moyen de régulation 7 de la circulation du liquide en sortie.
Le moteur est connecté au moyen de régulation 7 qui permet au liquide de refroidissement d'emprunter soit une première boucle 9, dite boucle de dérivation, soit une seconde boucle 8 traversant un échangeur 13 (généralement un radiateur), dite boucle de refroidissement.
Le moyen de régulation 7 de la circulation du liquide comporte des moyens de pilotage 1 pour orienter le liquide en fonction de sa température vers la première ou bien la seconde boucle.
Les première et seconde boucles font partie d'un circuit de retour du système de refroidissement, de sorte qu'elles effectuent un retour en entrée du moteur.
Avantageusement, le moyen de régulation 7 de la circulation du liquide en sortie du moteur est un thermostat.
Avantageusement, le dispositif comprend également un module de chauffage 10 connecté au circuit de sortie du moteur au moyen d'une boucle 3, de sorte que du liquide de refroidissement chauffé est fourni au module de chauffage et capté pour fournir de la chaleur à l'habitacle d'un véhicule avant d'être renvoyée à la pompe 5 via la boucle 3.
Le dispositif comportant en outre un boîtier de dégazage 12 connecté à la seconde boucle 8. Le boîtier de dégazage comprend généralement un réservoir avec une surface d'air libre et un moyen d'évacuation de la surpression.
Selon le mode de réalisation de la Figure 2, le boîtier de dégazage 12 est connecté à la seconde boucle 8 au moyen d'un premier circuit 11 piqué en amont et en aval de l'échangeur thermique 13.
Toujours selon le mode de réalisation de la Figure 2, le boîtier de dégazage 12 est en plus connecté à la seconde boucle 8 au moyen d'un second circuit 4 piqué en sortie du moyen de régulation 7 et en aval de l'échangeur thermique 13.
Dans cet agencement, le circuit 4 de dégazage est en communication fluidique permanente avec le moteur, et permet l'écoulement du réfrigérant chauffé vers le réservoir de dégazage 12 où les gaz peuvent se séparer du réfrigérant chauffé.
La circulation du liquide de refroidissement dans le dispositif lorsque le moteur est froid ou fonctionne au-dessous d'une température seuil, est due à la position du thermostat qui empêche le liquide de refroidissement de s'écouler à travers la boucle du radiateur 13 et le liquide de refroidissement retourne directement à la pompe 5 via la conduite de dérivation 9.
En revanche, la circulation du liquide de refroidissement dans le dispositif, lorsque le moteur est chaud ou fonctionne au-dessus d'une température seuil, est liée à la position du thermostat qui empêche le liquide de refroidissement de passer par la boucle de dérivation 9 et le liquide de refroidissement chauffé passe à travers la boucle du radiateur 13 qui sert à extraire la chaleur du liquide de refroidissement avant qu'il ne soit renvoyé à la pompe 5.
Ce n'est que lorsque le thermostat 7 est ouvert, que le liquide emprunte la boucle 8 et accède au boîtier de dégazage12.
L'ouverture du thermostat 7 est pilotée selon le procédé de l'invention qui définit que le liquide est orienté vers la première boucle 9 de dérivation, lorsque la température du liquide est inférieure à une valeur seuil déterminée, et est orienté vers la seconde boucle 8 traversant l'échangeur 13 lorsque la température du liquide est supérieure à ladite valeur seuil.
Toutefois, toujours selon le procédé dont le principe est illustré en Figure 1, la valeur seuil déterminée évolue en fonction du décompte de la première horloge qui décompte le temps CtO lorsque le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, et en fonction du décompte de la seconde horloge qui décompte le temps CtEGZ lorsque le moteur est en fonctionnement.
La valeur seuil est initialisée lorsque tous les compteurs sont remis à zéro à une valeur déterminée Tinit.
Puis, la valeur seuil initiale Tinit est abaissée à une valeur T2 < Tinit, lorsque le décompte du temps CtEGZ dépasse une durée déterminée D2.
De plus, la valeur seuil T2 est abaissée à une valeur T3<T2, lorsque le décompte du temps CtEGZ de la seconde horloge dépasse une durée déterminée D3, D3>D2.
Bien entendu, le temps d'ouverture CtO, le temps de fermeture CtF et le temps d'engazage CtEGZ sont mémorisés entre chaque roulage.
Avantageusement, la première horloge et la seconde horloge sont réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtO de la première horloge dépasse une valeur seuil déterminée D1, D1>D3 et D1<D2.
Ce procédé intègre donc une stratégie de protection contre l'engazage qui tend à augmenter l'occurrence de l'ouverture du thermostat tout en abaissant la consigne de régulation.
Toutefois, en cas de roulages courts et successifs (type livreur), le compteur de temps d'ouverture CtO de la première horloge est remis à 0 entre chaque roulage, et n'atteint pas une valeur suffisante pour pouvoir remettre à 0 le compteur de temps d'engazage CtEGZ de la seconde horloge.
Ainsi, le compteur de temps d'engazage va prendre une valeur importante, et le moteur va fonctionner inutilement sur une consigne de régulation basse, ce qui aura un impact sur la consommation et sur la dilution.
Selon un perfectionnement, les moyens de pilotage 1 du moyen de régulation 7 comportent en outre une troisième horloge destinée à décompter le temps CtF pendant lequel le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle, ladite horloge ainsi que l'horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, étant réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtF dépasse une valeur seuil déterminée D4.
Le décompte de temps CtF de la troisième horloge a donc lieu dès lors qu'il y a eu au moins une ouverture du thermostat 7 et dès lors que le liquide de refroidissement emprunte la dérivation 9, c'est-à-dire lorsque le véhicule est en situation de roulage sans qu'il y ait de refroidissement du liquide.
Ainsi, le décompte du temps d'ouverture CtO, du temps de fermeture CtF et du temps d'engazage CtEGZ sont mémorisés entre chaque roulage.
Ceci permet de cumuler les temps d'ouverture et de fermeture et de pouvoir remettre à 0 plus tôt le compteur de temps d'engazage CtEGZ, tout en surveillant si il n'y a pas eu trop d'engazage entre les ouvertures du thermostat qui donne l'accès à la boucle de refroidissement.
En conséquence, la valeur seuil déterminée Tinit évolue également indirectement en fonction du décompte de la troisième horloge qui décompte le temps CtF lorsque le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle. En d'autres termes, la troisième horloge permet uniquement de remettre à zéro l'horloge CtO, qui elle, peut modifier le seuil de température Tinit.
En d'autres termes, le procédé et le dispositif de refroidissement selon l'invention utilisent un thermostat dont l'ouverture est pilotée par une valeur de température seuil déterminée en fonction de trois horloges décomptant respectivement le temps d'ouverture, le temps de fermeture du thermostat et le temps de roulage du véhicule.
Bien entendu, les valeurs de température prédéterminées Tinit, T2 et T3, ainsi que les durées D1, D2, D3 et D4 affectées respectivement aux trois horloges seront définies par l'Homme du Métier en fonction du type de moteur choisi. Typiquement, l'ordre de grandeur de D1 est la dizaine de minutes tandis que l'ordre de grandeur de D2 est une heure.

Claims

Procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne au moyen d'un dispositif de refroidissement comprenant une entrée destinée à admettre du réfrigérant dans le moteur et une sortie destinée à évacuer ledit liquide réfrigérant, le dispositif comportant en outre une pompe (5) au niveau de ladite entrée pour mettre en mouvement ledit liquide, ainsi qu'un moyen de régulation (7) de la circulation du liquide en sortie, ledit moyen de régulation permettant au liquide de refroidissement d'emprunter soit une première boucle (9), dite boucle de dérivation, soit une seconde boucle (8) traversant un échangeur (13), dite boucle de refroidissement, lesdites première et seconde boucles effectuant un retour en entrée du moteur, le dispositif comportant en outre un boîtier de dégazage (12) connecté à la seconde boucle (8), caractérisé en ce que le moyen de régulation (7) de la circulation du liquide comporte des moyens de pilotage (1) pour orienter le liquide en fonction de sa température vers la première ou bien la seconde boucle, qui sont dotés d'une première horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, et d'une seconde horloge destinée à décompter le temps CtEGZ pendant lequel le moteur (6) fonctionne, procédé dans lequel :
- le liquide est orienté vers la première boucle (9), dite boucle de dérivation, lorsque la température du liquide est inférieure à une valeur seuil déterminée, et est orienté vers la seconde boucle (8) traversant l'échangeur (13), lorsque la température du liquide est supérieure à ladite valeur seuil ,

- la première horloge de décompte du temps CtO est activée lorsque le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle ,

- la seconde horloge de décompte du temps CtEGZ est activée lorsque le moteur est en fonctionnement ,

- la valeur seuil initiale Tinit est abaissée à une valeur T2<Tinit, lorsque le décompte du temps CtEGZ dépasse une durée déterminée D2 ,

- la valeur seuil T2 est abaissée à une valeur T3<T2, lorsque le décompte du temps CtEGZ de la seconde horloge dépasse une durée déterminée D3, D3>D2.
Procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première horloge et la seconde horloge sont réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtO de la première horloge dépasse une valeur seuil déterminée D1, D1>D3 et D1<D2.
Procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (1) du moyen de régulation (7) comportent une troisième horloge destinée à décompter le temps CtF pendant lequel le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle, ladite horloge ainsi que l'horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, étant réinitialisées à zéro lorsque le décompte du temps CtF dépasse une valeur seuil déterminée D4.
Procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est de l'eau, préférentiellement additivée.
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne (6), comprenant une entrée destinée à admettre du réfrigérant dans le moteur et une sortie destinée à évacuer ledit liquide réfrigérant, le dispositif comportant en outre une pompe (5) au niveau de ladite entrée pour mettre en mouvement ledit liquide, ainsi qu'un moyen de régulation (7) de la circulation du liquide en sortie, ledit moyen de régulation permettant au liquide de refroidissement d'emprunter soit une première boucle (9), dite boucle de dérivation, soit une seconde boucle (8) traversant un échangeur thermique (13), dite boucle de refroidissement, lesdites première et seconde boucles effectuant un retour en entrée du moteur, le dispositif comportant en outre un boîtier de dégazage (12) connecté à la seconde boucle (8), caractérisé en ce que le moyen de régulation (7) de la circulation du liquide comprend des moyens de pilotage (1) pour orienter le liquide en fonction de sa température vers la première ou bien la seconde boucle, qui sont dotés d'une première horloge destinée à décompter le temps CtO pendant lequel le liquide de refroidissement emprunte la seconde boucle, et d'une seconde horloge destinée à décompter le temps CtEGZ pendant lequel le moteur (6) fonctionne.
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (1) du moyen de régulation (7) comportent une troisième horloge destinée à décompter le temps CtF pendant lequel le liquide de refroidissement ne circule plus dans la seconde boucle, ladite horloge étant réinitialisée à zéro lorsque le décompte du temps CtF dépasse une valeur seuil déterminée D4.
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le boîtier de dégazage (12) est connecté à la seconde boucle (8) au moyen d'un premier circuit (11) piqué en amont et en aval de l'échangeur thermique (13).
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que boîtier de dégazage (12) est connecté à la seconde boucle (8) au moyen d'un second circuit (4) piqué en sortie du moyen de régulation (7) et en aval de l'échangeur thermique (13).
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le moyen de régulation (7) de la circulation du liquide en sortie du moteur est un thermostat.
Dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre une troisième boucle (3) destinée à alimenter un module de chauffage (10) de l'habitacle.