FR2691504A1 - Cooling device for a heat engine comprising a condenser. - Google Patents
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Abstract
Le condenseur (2) reçoit d'une part la phase vapeur du fluide de refroidissement sortant du moteur (1), séparée par un séparateur liquide-vapeur (6), d'autre part une fraction de la phase liquide, variable en fonction de la température du fluide, grâce à une vanne thermostatique à trois voies (23). La vanne thermostatique assure une adaptation automatique de la capacité de refroidissement du dispositif aux besoins.The condenser (2) receives on the one hand the vapor phase of the cooling fluid leaving the engine (1), separated by a liquid-vapor separator (6), on the other hand a fraction of the liquid phase, variable as a function of fluid temperature, using a three-way thermostatic valve (23). The thermostatic valve automatically adapts the cooling capacity of the device to requirements.
Description
Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique comprenant unCooling device of a heat engine comprising a
condenseur L'invention concerne le refroidissement d'un moteur thermique, The invention relates to the cooling of a heat engine,
notamment dans un véhicule automobile. especially in a motor vehicle.
L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel on utilise un fluide de refroidissement qui est porté à ébullition dans le moteur, quitte ce dernier à l'état de phase vapeur et de phase liquide, et est ensuite condensé avant de retourner, à l'état de phase The invention relates to a device for cooling an internal combustion engine, in which a cooling fluid is used which is brought to a boil in the engine, leaves the latter in the vapor phase and liquid phase states, and is then condensed before returning to the phase state
liquide, vers le moteur.liquid, to the engine.
Un dispositif de refroidissement de ce type fonctionne selon un mode qualifié de "diphasique", étant donné que le fluide de refroidissement, généralement un mélange d'eau et d'antigel, est présent sous deux phases distinctes, l'une à l'état de liquide, A cooling device of this type operates in a mode called "two-phase", since the cooling fluid, generally a mixture of water and antifreeze, is present in two distinct phases, one in the state liquid,
et l'autre à l'état de vapeur.and the other in the vapor state.
Un dispositif de refroidissement connu comprend un condenseur comportant une entrée pour un fluide de refroidissement en phase vapeur à condenser et une sortie pour le fluide condensé et refroidi, un séparateur de phases, une pompe de circulation de A known cooling device comprises a condenser comprising an inlet for a coolant in the vapor phase to be condensed and an outlet for the condensed and cooled fluid, a phase separator, a circulation pump for
fluide ainsi qu'un vase d'expansion. fluid and an expansion tank.
Ce dispositif connu présente quelques inconvénients. This known device has some drawbacks.
En effet, en configuration démarrage, le fluide en phase liquide ne traverse pas le condenseur pour arriver à ébullition dans le moteur le plus rapidement possible Dans cette configuration, le fluide pénètre dans le vase d'expansion à une température plus élevée que le liquide qui s'y trouve déjà et le fluide sortant du vase pour arriver au moteur est à une température plus basse que celle du fluide qui en ressort, ce qui ne permet pas In start-up configuration, the fluid in the liquid phase does not pass through the condenser to reach the boiling point in the engine as quickly as possible. In this configuration, the fluid enters the expansion tank at a higher temperature than the liquid which it is already there and the fluid leaving the vessel to arrive at the engine is at a lower temperature than that of the fluid which comes out, which does not
d'obtenir rapidement un refroidissement convenable du moteur. quickly obtain adequate engine cooling.
En outre, dans les configurations faibles charges et fortes charges, le fluide sortant du séparateur arrive au vase d'expansion sous une température élevée pour être ensuite réinjecté dans le circuit de refroidissement, ce qui ne permet In addition, in the low load and high load configurations, the fluid leaving the separator arrives at the expansion vessel at a high temperature and is then reinjected into the cooling circuit, which does not allow
pas également d'assurer un bon refroidissement du moteur. not also to ensure good engine cooling.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de refroidis- sement assurant avec des moyens simples un refroidissement optimal du moteur dans toutes les conditions de fonctionnement de celui-ci, du démarrage à froid au fonctionnement à forte charge. A cet effet, dans le dispositif selon l'invention, le condenseur comporte en outre une entrée de fluide en phase liquide à refroidir, et ce dispositif comprend une vanne thermostatique à trois voies propre à diriger le fluide à l'état liquide provenant du séparateur, en fonction de la température du fluide, directement vers la pompe pour les températures les plus basses, vers l'entrée de liquide du condenseur pour les températures les plus élevées et pour partie vers chacune de ces The object of the invention is to provide a cooling device ensuring, with simple means, optimum cooling of the engine under all of the latter's operating conditions, from cold starting to operation at high load. To this end, in the device according to the invention, the condenser further comprises an inlet for fluid in the liquid phase to be cooled, and this device comprises a three-way thermostatic valve capable of directing the fluid in the liquid state coming from the separator. , depending on the temperature of the fluid, directly to the pump for the lowest temperatures, to the condenser liquid inlet for the highest temperatures and partly to each of these
deux destinations pour les températures intermédiaires. two destinations for intermediate temperatures.
Des caractéristiques optionnelles avantageuses de ce dispositif sont énoncées ci-après: Le vase d'expansion comprend une région inférieure emplie du Advantageous optional characteristics of this device are set out below: The expansion tank comprises a lower region filled with
fluide en phase liquide, interposée entre la sortie du conden- fluid in liquid phase, interposed between the outlet of the condensate
seur et la pompe, et qui est en communication en phase vapeur avec le condenseur au-dessus du niveau du liquide dans le pump and which is in vapor phase communication with the condenser above the level of the liquid in the
condenseur et dans le vase d'expansion. condenser and in the expansion tank.
Il comprend un organe d'arrêt propre à interdire l'écoulement du fluide en phase liquide vers la sortie du condenseur en sens contraire du sens de circulation imposé par la pompe, lorsque It includes a stop member capable of preventing the flow of the fluid in the liquid phase towards the outlet of the condenser in the opposite direction to the direction of circulation imposed by the pump, when
celle-ci est au repos.it is at rest.
L'organe d'arrêt est disposé entre la sortie du condenseur et The stop member is arranged between the outlet of the condenser and
la pompe.the pump.
L'organe d'arrêt est disposé en aval du vase d'expansion. The stop member is arranged downstream of the expansion tank.
L'organe d'arrêt est une électrovanne normalement fermée et The shut-off device is a normally closed solenoid valve and
commandée en ouverture lorsque la pompe est entraînée. commanded to open when the pump is driven.
L'organe d'arrêt est un clapet anti-retour qui s'ouvre sous l'effet d'un écart de pression produit par la pompe. The stop member is a non-return valve which opens under the effect of a pressure difference produced by the pump.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- Other characteristics and advantages of the invention appear
tront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des will review the detailed description below, and
dessins annexés, sur lesquels les figures 1, 2 et 3 sont des schémas d'un dispositif selon attached drawings, in which Figures 1, 2 and 3 are diagrams of a device according to
l'invention correspondant à différentes conditions de fonction- the invention corresponding to different operating conditions-
nement du moteur à refroidir.engine to be cooled.
Le dispositif de refroidissement illustré est destiné à refroi- The cooling device illustrated is intended to cool
dir le moteur thermique 1 d'un véhicule automobile Il utilise un fluide de refroidissement qui circule entre le moteur 1 et un condenseur 2 partiellement rempli de ce fluide, ce dernier entrant dans le moteur en phase liquide par une entrée 3 et en dir the heat engine 1 of a motor vehicle It uses a cooling fluid which circulates between the engine 1 and a condenser 2 partially filled with this fluid, the latter entering the engine in liquid phase by an inlet 3 and in
ressortant, par une sortie 4, le cas échéant au moins partielle- emerging, through an outlet 4, if necessary at least partial-
ment en phase vapeur, en fonction des conditions de fonctionne- in the vapor phase, depending on the operating conditions
ment du moteur.engine.
Une conduite 5 amène le fluide de la sortie 4 à un séparateur vapeurliquide 6 à la partie inférieure duquel la phase liquide est évacuée par une conduite 7 La phase vapeur éventuelle est amenée par une conduite 8 du séparateur 6 à une entrée de vapeur A pipe 5 brings the fluid from the outlet 4 to a liquid vapor separator 6 at the bottom of which the liquid phase is evacuated by a pipe 7 The possible vapor phase is brought by a pipe 8 from the separator 6 to a steam inlet
9 du condenseur qui débouche dans une chambre d'entrée 10, au- 9 of the condenser which opens into an inlet chamber 10,
dessus du niveau de liquide dans le condenseur Après condensa- above the liquid level in the condenser After condensa-
tion dans le condenseur, le fluide en ressort par une sortie 11 débouchant dans une chambre de sortie 12, au-dessous du niveau de liquide dans le condenseur Une conduite 13 amène le fluide de la sortie 11 dans un vase d'expansion 14 qui est lui aussi partiellement rempli de fluide de refroidissement en phase liquide Une autre conduite 15 va du vase d'expansion 14 à une pompe de circulation 16, à travers un organe d'arrêt 17 Les deux conduites 13 et 15 débouchent dans le vase d'expansion 14 au-dessous du niveau de liquide dans celui-ci Une conduite 18 ramène le liquide de la pompe 16 à l'entrée 3 du moteur à travers un radiateur de chauffage de l'habitacle 19 Un échangeur eau- huile 20, servant au refroidissement de l'huile de lubrification du moteur 1, est interposé sur une conduite 21 qui est branchée en dérivation entre la conduite 18 et la conduite Le débit de fluide produit par la pompe 16 est donc partagé entre une fraction traversant le moteur 1 et une fraction tion in the condenser, the fluid leaves through an outlet 11 opening into an outlet chamber 12, below the level of liquid in the condenser A pipe 13 brings the fluid from the outlet 11 into an expansion tank 14 which is Another part also filled with liquid phase coolant Another line 15 goes from the expansion tank 14 to a circulation pump 16, through a stop member 17 The two lines 13 and 15 open into the expansion tank 14 below the liquid level therein A pipe 18 brings the liquid from the pump 16 to the inlet 3 of the engine through a radiator for heating the passenger compartment 19 A water-oil exchanger 20, used for cooling of the lubricating oil of the motor 1, is interposed on a line 21 which is connected in bypass between the line 18 and the line The flow of fluid produced by the pump 16 is therefore shared between a fraction passing through the motor 1 and a fraction
traversant l'échangeur 20.passing through the exchanger 20.
La conduite 7 aboutit à une entrée 22 d'une vanne thermostatique à trois voies 23 qui a pour fonction de diriger une fraction variable du fluide en phase liquide qu'elle reçoit vers le condenseur 2, de façon à adapter la capacité de refroidissement du dispositif aux besoins A cet effet, une conduite 24 relie une sortie 25 de la vanne 23 à une entrée de liquide 26 du condenseur débouchant, au-dessous du niveau de liquide dans celui-ci, dans une chambre intermédiaire 27 par laquelle passe le fluide entré en phase vapeur dans la chambre d'entrée 10, après condensation partielle et avant de ressortir par la chambre de sortie 12 Une autre conduite 28 raccorde une seconde sortie 29 de la vanne 23 à la conduite 15, en amont de l'organe d'arrêt 17 Le liquide arrivant à la vanne 23 par la conduite 7 peut donc en ressortir par l'ouverture 29 pour parvenir directement à la pompe 16 à travers les conduites 28 et 15, ou par l'ouverture 25 pour traverser le condenseur avant de parvenir également à la pompe à travers la conduite 13, le vase Line 7 leads to an inlet 22 of a three-way thermostatic valve 23 which has the function of directing a variable fraction of the fluid in the liquid phase which it receives towards the condenser 2, so as to adapt the cooling capacity of the device as required For this purpose, a pipe 24 connects an outlet 25 of the valve 23 to a liquid inlet 26 of the condenser opening, below the level of liquid therein, in an intermediate chamber 27 through which the fluid entered in vapor phase in the inlet chamber 10, after partial condensation and before exiting through the outlet chamber 12 Another pipe 28 connects a second outlet 29 of the valve 23 to the pipe 15, upstream of the stop 17 The liquid arriving at the valve 23 via the line 7 can therefore exit through the opening 29 to reach the pump 16 directly through the lines 28 and 15, or through the opening 25 to pass through the condenser before entering also come to the pump through line 13, the vessel
d'expansion 14 et la conduite 15, ou à la fois par les ouvertu- expansion 14 and line 15, or both through the openings
res 25 et 29 La position d'un organe d'obturation 30, commandée par la température, détermine la fraction du débit affecté à res 25 and 29 The position of a shutter member 30, controlled by the temperature, determines the fraction of the flow allocated to
chacun de ces deux trajets, entre O et 100 %. each of these two paths, between O and 100%.
La figure 1 correspond à la période de démarrage du moteur à froid, le fluide de refroidissement n'ayant pas encore atteint sa température d'ébullition La totalité du fluide sortant du moteur en phase liquide passe dans la conduite 7 puis dans la conduite 28, l'organe mobile 30 obturant la sortie 25 de la vanne thermostatique 23 Ceci permet une montée en température FIG. 1 corresponds to the cold engine start-up period, the cooling fluid not yet having reached its boiling temperature All of the fluid leaving the engine in liquid phase passes through line 7 then into line 28, the movable member 30 closing the outlet 25 of the thermostatic valve 23 This allows a rise in temperature
rapide du moteur.fast engine.
Lorsque la température du fluide est voisine de son point d'ébullition, les sorties 25 et 29 sont toutes deux dégagées, de sorte qu'une fraction du fluide en phase liquide passant par la vanne 23 traverse le condenseur 2 pour être refroidi et y rejoint le condensat du fluide amené dans celui-ci en phase vapeur par la conduite 8 Cette configuration, illustrée par la When the temperature of the fluid is close to its boiling point, the outlets 25 and 29 are both released, so that a fraction of the fluid in the liquid phase passing through the valve 23 passes through the condenser 2 to be cooled and rejoins there. the condensate of the fluid brought into it in the vapor phase via line 8 This configuration, illustrated by the
figure 2, correspond au fonctionnement normal du moteur. Figure 2 corresponds to normal engine operation.
Lorsqu'une charge particulièrement forte du moteur nécessite une capacité de refroidissement maximale, la sortie 29 de la vanne 23 est obturée comme montré à la figure 3, de sorte que la totalité du fluide sortant du moteur traverse le condenseur 2, en y entrant en phase vapeur par la conduite 8, et en phase When a particularly strong engine load requires maximum cooling capacity, the outlet 29 of the valve 23 is closed as shown in FIG. 3, so that all of the fluid leaving the engine passes through the condenser 2, entering therein. vapor phase via line 8, and in phase
liquide par la conduite 24.liquid through line 24.
Un thermocontact 31 en contact thermique par exemple avec le fluide contenu dans le séparateur 6 commande un moto-ventilateur 32 pour produire un courant d'air forcé à travers le condenseur 2 Ce thermocontact pourrait également être placé sur la vanne A thermal switch 31 in thermal contact for example with the fluid contained in the separator 6 controls a motor-fan 32 to produce a forced air flow through the condenser 2 This thermal switch could also be placed on the valve
thermostatique 23.thermostatic 23.
Une conduite 33 assure une communication gazeuse entre la chambre intermédiaire 27 du condenseur 2 et le vase d'expansion A pipe 33 ensures gas communication between the intermediate chamber 27 of the condenser 2 and the expansion tank
14, au-dessus du niveau de liquide dans ces deux composants. 14, above the liquid level in these two components.
L'organe d'arrêt 17 permet de maintenir constante la quantité de fluide de refroidissement contenue dans le moteur 1 en évitant que du fluide pénètre par gravité dans le condenseur, lorsque la The stop member 17 makes it possible to keep the quantity of coolant contained in the engine 1 constant by preventing fluid from entering by gravity into the condenser, when the
pompe est arrêtée.pump is stopped.
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