FR2552813A1 - Device for regulating the temperature of the cooling fluid of internal combustion engines - Google Patents

Device for regulating the temperature of the cooling fluid of internal combustion engines Download PDF

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Abstract

Device for regulating the temperature of the cooling fluid of an internal combustion engine, of the type comprising a cooling fluid circuit incorporating, in particular, a radiator, a branch pipe and a pump. According to the invention, this device comprises a thermostat 1 intended to open this cooling fluid circuit while controlling the flow rate of the cooling fluid when the temperature Ti of the metal separating the hot combustion gases 4 from the cooling fluid 5 in contact with these gases and detected by this thermostat, exceeds a predetermined value epsilon 1. Application in particular to reducing consumption in the case of operating an engine on partial load.

Description

Dispositif pour la régulation de la température du fluide de refroidissement de moteurs à combustion interne.Device for regulating the temperature of the coolant of internal combustion engines.

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la régulation de la température du fluide de refroidissement de moteurs à combustion interne en fonction des conditions de température internes et de fonctionnement du moteur.The present invention relates to a device for regulating the temperature of the coolant of internal combustion engines as a function of the internal temperature and operating conditions of the engine.

I1 est courant, pour un dispositif conventionnel de refroidissement, d'adapter la température de liteau de refroidissement au fonctionnement du moteur à pleine charge. Cette température se révele donc trop aie pour un fonctionnement à basse vitesse ou sous charge partielle. Les chambres de combustion et les parois des cylindres du moteur sont alors trop refroidies du fait de cette faible température de l'eau. Ceci entraine une diminution du rendement thermique du moteur, une viscosité élevée de l'huile de lubrification et des pertes importantes par frottement. It is common for a conventional cooling device to adapt the temperature of the cooling strip to the operation of the engine at full load. This temperature is therefore revealed to be too easy for operation at low speed or under partial load. The combustion chambers and the walls of the engine cylinders are then too cooled due to this low water temperature. This results in a decrease in the thermal efficiency of the engine, a high viscosity of the lubricating oil and significant losses by friction.

L'invention se propose de remédier à ces inconvénients en faisant fonctionner le moteur à faible charge à des températures plus élevées qu'à charge maximale, ce qui va à l'encontre des réalisations actuelles.The invention proposes to remedy these drawbacks by operating the engine at low load at higher temperatures than at maximum load, which goes against current embodiments.

L'invention vise ainsi à diminuer les consommations dans tous les cas de fonctionnement à basse vitesse et sous charge partielle, en particulier aux conditions d'homologation des consommations, sans pénaliser la tenue en endurance des moteurs.The invention thus aims to reduce consumption in all cases of low speed operation and under partial load, in particular under conditions of homologation of consumption, without penalizing the endurance performance of the engines.

A cet effet, elle a pour objet un dispositif pour la régulation de la température du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, du type comprenant un circuit de fluide refroidisseur incorporant notamment un radiateur, une conduite de dérivation et une pompe. Ce dispositif comporte un thermostat destiné
.ir à ouvrir ce circuit de fluide refroidisseur en commandant le débit de celui-ci lorsque la température du métal séparant les gaz chauds de combustion du fluide refroidisseur et en contact avec ces gaz, détectée par ce thermostat, dépasse une valeur prédéterminée.
For this purpose, it relates to a device for regulating the temperature of the coolant of an internal combustion engine, of the type comprising a coolant circuit incorporating in particular a radiator, a bypass pipe and a pump. This device includes a thermostat intended
.ir to open this coolant circuit by controlling the flow thereof when the temperature of the metal separating the hot combustion gases from the coolant and in contact with these gases, detected by this thermostat, exceeds a predetermined value.

En augmentant la température du fluide de refroidissement à basse vitesse et sous charge partielle, on va accroître les températures des parois propres aux chambres de combustion, chemises, guides de soupape, ainsi que la température de l'huile du carter par échanges thermiques internes au moteur, et donc celle de la ligne d'arbre et d'arbre à cames. I1 en résulte une diminution des frottements et une amélioration du rendement de combustion.By increasing the temperature of the coolant at low speed and under partial load, we will increase the temperatures of the walls specific to the combustion chambers, liners, valve guides, as well as the temperature of the crankcase oil by internal heat exchanges in the engine, and therefore that of the shaft and camshaft line. This results in a reduction in friction and an improvement in the combustion efficiency.

Suivant une autre particularité de l'invention, ce thermostat établit une circulation de fluide vers le radiateur de refroidissement, en plus de la circulation de fluide déjà existante dans le moteur par la conduite de dérivation.According to another particular feature of the invention, this thermostat establishes a circulation of fluid towards the cooling radiator, in addition to the circulation of fluid already existing in the engine by the bypass line.

Suivant une autre particularité de l'invention, un second thermostat est prévu de façon connue en soi dans ce circuit de fluide refroidisseur de maniere à ouvrir celui-ci vers le radiateur lorsque la température de ce fluide dépasse une seconde valeur prédéterminée.According to another feature of the invention, a second thermostat is provided in a manner known per se in this coolant circuit so as to open it to the radiator when the temperature of this fluid exceeds a second predetermined value.

Suivant une autre particularité de l'invention, ces deux thermostats sont réunis en un thermostat unique à double seuil.According to another feature of the invention, these two thermostats are combined into a single thermostat with a double threshold.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation préféren- tiel, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma partiel d'un dispositif de régulation conforme à l'invention.Other features and advantages of the invention will become apparent during the following description of a preferred embodiment, given by way of example and with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows a diagram partial of a regulation device according to the invention.

- la figure 2 représente une variante du schéma de la figure 1.- Figure 2 shows a variant of the diagram in Figure 1.

- la figure 3 représente trois courbes traduisant les variations de tem
pérature, des gaz chauds de combustion au fluide refroidisseur, pour
des faibles et pleine charges et des dispositifs de régulation courant
et proposé par l'invention.
- Figure 3 represents three curves translating the variations of tem
temperature, from hot combustion gases to coolant, for
low and full loads and current control devices
and proposed by the invention.

- la figure 4 représente trois courbes traduisant les variations
de la température du fluide refroidisseur pour des démarrages
suivis de roulages à faible et à grande vitesse et, pour des
dispositifs de régulation courant et proposé par l'invention, et - la figure 5 représente une autre variante du schéma de la figure 1.
- Figure 4 represents three curves translating the variations
the coolant temperature for start-ups
followed by low and high speed taxiing and, for
current regulation devices proposed by the invention, and - Figure 5 shows another variant of the diagram in Figure 1.

En se référant à la figure 1, un bulbe de'thermostat 1 est implanté dans le métal constituant une pipe d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne non représenté, à l'intérieur d'un bossage 3.Referring to FIG. 1, a thermostat bulb 1 is installed in the metal constituting an exhaust pipe 2 of an internal combustion engine not shown, inside a boss 3.

Cette pipe d'échappement 2 est traversée intérieurement par les gaz chauds 4 et est refroidie extérieurement par de l'eau 5.This exhaust pipe 2 is internally traversed by the hot gases 4 and is externally cooled by water 5.

Cette eau provient du moteur suivant la fleche 7 et peut être dirigée soit vers un radiateur non représenté suivant la fleche 8, et une dérivation non représentée, à ltentrée d'une pompe suivant la flèche 9, soit seulement vers cette dérivation.This water comes from the engine according to arrow 7 and can be directed either to a radiator not shown according to arrow 8, and a branch not shown, at the inlet of a pump according to arrow 9, or only to this branch.

Un second thermostat 6 à bulbe est éventuellement noyé dans l'eau 5 du circuit de refroidissement. Une variante du dispositif représenté à la figure 1 est illustrée à la figure 2. Un thermostat unique 10 à double seuil remplace les deux thermostats 1 et 6 précédents pour des raisons de coût, de poids et de facilité d'implantation. Un bulbe 11 est au contact du métal dans le bossage 3 de la pipe d'échappement 2 et, un bulbe 12 monté en série sur le premier 11 est au contact de l'eau de refroidissement.A second bulb thermostat 6 is optionally embedded in the water 5 of the cooling circuit. A variant of the device represented in FIG. 1 is illustrated in FIG. 2. A single thermostat 10 with a double threshold replaces the two previous thermostats 1 and 6 for reasons of cost, weight and ease of installation. A bulb 11 is in contact with the metal in the boss 3 of the exhaust pipe 2 and, a bulb 12 mounted in series on the first 11 is in contact with the cooling water.

Ces bulbes de thermostat 1 et 11 peuvent être aussi implantés dans le métal constituant la chambre de combustion du moteur, ou sur la paroi extérieure d'une chemise, ou sur le collecteur d'échappement.These thermostat bulbs 1 and 11 can also be installed in the metal constituting the combustion chamber of the engine, or on the outer wall of a jacket, or on the exhaust manifold.

Le dispositif de régulation précédemment décrit fonctionne de la maniere suivante, en référence d'abord aux figures l-et 2, puis aux figures 3, 4 et 5. The previously described regulating device operates in the following manner, with reference first to FIGS. 1 and 2, then to FIGS. 3, 4 and 5.

Le bulbe du thermostat 1 détecte la température Ti du métal constituant la pipe d'échappement 2 en contact avec les gaz chauds. il pilote par cette détection et lorsque cette température dépasse une valeur prédéterminée 01, le débit de l'eau dans le radiateur par vannage de maniere à maintenir cette température constante. Comme les échéanges thermiques au travers des parois de la pipe d'échappement 2 sont similaires à ceux se produisant au travers des parois de la chambre de combustion et de celles d'une chemise, ce dispositif de régulation permet de réguler la température de ces deux dernières parois de façon avantageuse.The bulb of thermostat 1 detects the temperature Ti of the metal constituting the exhaust pipe 2 in contact with the hot gases. it controls by this detection and when this temperature exceeds a predetermined value 01, the flow of water in the radiator by winnowing so as to maintain this constant temperature. As the thermal deadlines through the walls of the exhaust pipe 2 are similar to those occurring through the walls of the combustion chamber and those of a jacket, this regulating device makes it possible to regulate the temperature of these two last walls advantageously.

Le thermostat 6 dont le bulbe détecte la température de l'eau 5 permet de limiter celle-ci dans le cas où le thermostat 1 conduirait à des températures d'eau excessives, avec un flux de chaleur faible, non admissibles par le circuit général de refroidissement. Ce ther- mostat 6 n'est pas forcément indispensable ; sa nécessité dépend des caractéristiques thermiques du moteur et- du circuit envisagés.The thermostat 6, the bulb of which detects the temperature of the water 5 makes it possible to limit the latter in the event that the thermostat 1 leads to excessive water temperatures, with a low heat flux, which are not admissible by the general circuit of cooling. This thermostat 6 is not necessarily essential; its necessity depends on the thermal characteristics of the engine and of the circuit envisaged.

La figure 3 montre l'évolution de la température du milieu gazeux au milieu liquide en traversant les parois de la pipe d'échappement 2.FIG. 3 shows the evolution of the temperature from the gaseous medium to the liquid medium by passing through the walls of the exhaust pipe 2.

Le flux thermique qui traverse ces parois est proportionnel à (Ti - Te) ; T i étant la température interne du métal en contact avec les gaz chauds et T la température de l'eau de refroidisse
e ment.
The heat flux which crosses these walls is proportional to (Ti - Te); T i being the internal temperature of the metal in contact with the hot gases and T the temperature of the cooling water
e ment.

La commande du débit d'eau dans le radiateur par détection de la température Ti permet de maintenir celle-ci constante, et par consé quept d'augmenter la température de l'eau lorsque le flux thermique diminue.Controlling the flow of water in the radiator by detecting the temperature Ti makes it possible to keep it constant, and consequently to increase the temperature of the water when the heat flow decreases.

Dans un système courant de régulation, on maintient la température de liteau constante, ce qui entrain une diminution de la température T i des parois lorsque le flux thermique baisse.In a current regulation system, the strip temperature is kept constant, which results in a decrease in the temperature T i of the walls when the heat flux decreases.

Ces phénomenes sont traduits par les courbes (a) (b) et (c) de la figure 3 où - (a) correspond à un fonctionnement du moteur à pleine charge (flux thermique élevé) avec des dispositifs de régulation courant et proposé par l'invention - (b) correspond à un fonctionnement du moteur à faible charge (flux thermique faible) avec un dispositif courant de régulation - (c) correspond à un fonctionnement du moteur à faible charge (flux thermique faible) avec un dispositif de régulation conforme à l'invention.These phenomena are translated by the curves (a) (b) and (c) of FIG. 3 where - (a) corresponds to an operation of the motor at full load (high thermal flux) with current regulation devices and proposed by l invention - (b) corresponds to an operation of the motor at low load (low thermal flux) with a current regulating device - (c) corresponds to an operation of the motor at low load (low thermal flux) with a conforming regulating device to the invention.

(Tg est la température du milieu gazeux ; Ti, a = Ti,C > Ti,b )
La température Te de l'eau de refroidissement de la courbe (c) est bien supérieure à celle des courbes (a) et (b), ce qui se retrouve à la figure 4 où est illustrée l'évolution de la température de l'eau de refroidissement en fonction du temps, suivant des conditions différentes de fonctionnement du moteur - la courbe (d) correspond à un démarrage suivi d'un roulage à pleine charge (vitesse élevée) avec des dispositifs de régulation courant et proposé par l'invention - la courbe (e) correspond à un démarrage suivi d'un roulage à faible charge (vitesse limitée) avec un dispositif courant de régulation - et la courbe (t) correspond à un démarrage suivi d'un roulage à faible charge (vitesse limitée) avec un dispositif de régulation conforme l'invention.
(Tg is the temperature of the gaseous medium; Ti, a = Ti, C> Ti, b)
The temperature Te of the cooling water of curve (c) is much higher than that of curves (a) and (b), which is found in Figure 4 where the evolution of the temperature of the cooling water as a function of time, according to different engine operating conditions - curve (d) corresponds to starting followed by running at full load (high speed) with current regulating devices and proposed by the invention - curve (e) corresponds to a start followed by running at low load (limited speed) with a current regulation device - and curve (t) corresponds to a start followed by running at low load (limited speed) ) with a regulating device according to the invention.

La température de l'eau atteint effectivement un palier e2 sur la courbe (f) supérieur à ceux e3 sur les courbes (d) et (e).The water temperature effectively reaches a plateau e2 on curve (f) higher than those e3 on curves (d) and (e).

Le dispositif de régulation conforme à l'invention permet une amélioration importante du rendement du moteur à faible charge, par exemple en ville et sur route à vitesse limitée, sans perturber le fonctionnement du moteur à pleine charge (endurance du moteur non diminuée).The regulation device according to the invention allows a significant improvement in the efficiency of the engine at low load, for example in town and on road at limited speed, without disturbing the operation of the engine at full load (endurance of the engine not reduced).

L'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, telle que celle représentée à la figure 5 où Untharmostat 13 commande uniquement le débit de fluide refroidisseur dans le moteur, suivant la fleche 9 vers l'entrée de la pompe 15, indépendamment du débit déjà établi dans le radiateur de refroidissement 16 par le second thermostat 14. The invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all variants, such as that shown in FIG. 5 where Untharmostat 13 controls only the flow of coolant in the engine, following arrow 9 towards the inlet of pump 15, independently of the flow already established in the cooling radiator 16 by the second thermostat 14.

Claims (9)

REVENDICATIONS.CLAIMS. 1. Dispositif pour la régulation de la température du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, du type comprenant un circuit de fluide refroidisseur incorporant notamment un radiateur, une conduite de dérivation et une pompe, caractérisé en ce qu'il comporte un thermostat (1, 13) destiné à ouvrir ce circuit de fluide refroidisseur en commandant le débit de celui-ci lorsque la température Ti du métal séparant les gaz chauds de combustion (4) du fluide refroidisseur (5) et en contact avec ces gaz, détectée par ce thermostat, dépasse une valeur prédéterminée el. 1. Device for regulating the temperature of the coolant of an internal combustion engine, of the type comprising a coolant circuit incorporating in particular a radiator, a bypass line and a pump, characterized in that it comprises a thermostat (1, 13) intended to open this coolant circuit by controlling the flow thereof when the temperature Ti of the metal separating the hot combustion gases (4) from the coolant (5) and in contact with these gases, detected by this thermostat, exceeds a predetermined value el. 2. Dispositif de régulation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ce thermostat (1) établit une circulation de fluide vers le radiateur de refroidissement, en plus de la circulation de fluide déjà existante dans le moteur par la conduite de dérivation.2. Control device according to claim 1, characterized in that this thermostat (1) establishes a circulation of fluid towards the cooling radiator, in addition to the circulation of fluid already existing in the engine by the bypass line. 3. Dispositif de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bulbe de ce thermostat (1) est logé dans un bossage (3) d'une pipe d'échappement (2) refroidie extérieurement par un fluide refroidisseur.3. Regulating device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bulb of this thermostat (1) is housed in a boss (3) of an exhaust pipe (2) cooled externally by a coolant. 4. Dispositif de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bulbe de ce thermostat (1) est logé dans une enveloppe constituant la chambre de combustion de ce moteur.4. Regulating device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bulb of this thermostat (1) is housed in an envelope constituting the combustion chamber of this engine. 5. Dispositif de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bulbe de ce thermostat (1) est logé dans un bossage d'une chemise de ce moteur.5. Regulating device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bulb of this thermostat (1) is housed in a boss of a jacket of this engine. 6. Dispositif de régulation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le bulbe de ce thermostat (1) est logé dans un bossage d'un collecteur d'échappement de ce moteur.6. Regulating device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the bulb of this thermostat (1) is housed in a boss of an exhaust manifold of this engine. 7. Dispositif de régulation suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'un second thermostat (6,14) est prévu de façon connue en soi dans ce circuit de fluide refroidisseur de maniere à ouvrir celui-ci vers le radiateur lorsque la température de ce fluide dépasse une seconde valeur prédéterminée 82.7. Regulating device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a second thermostat (6,14) is provided in a manner known per se in this coolant circuit so as to open it towards the radiator when the temperature of this fluid exceeds a second predetermined value 82. 8. Dispositif de régulation suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ces deux thermostat (1,6) sont reunis en un thermostat unique (10) à double seuil.8. Regulating device according to claim 7, characterized in that these two thermostat (1,6) are combined in a single thermostat (10) with double threshold. 9. Dispositif de régulation suivant les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que ce thermostat (13) commande uniquement le débit de fluide de refroidisseur dans le moteur, indépendamment du débit déjà établi dans le radiateur (16) par le second thermostat (14). 9. Regulating device according to claims 1 and 7, characterized in that this thermostat (13) controls only the flow rate of coolant fluid in the engine, independently of the flow rate already established in the radiator (16) by the second thermostat (14 ).
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