FR2713279A1 - Dispositif et procédé de refroidissement d'un moteur thermique utilisant un réservoir de fluide isolé. - Google Patents

Dispositif et procédé de refroidissement d'un moteur thermique utilisant un réservoir de fluide isolé. Download PDF

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Abstract

Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique (1) de véhicule automobile, comprenant un radiateur de refroidissement (10) et une pompe de circulation (4), ainsi qu'un réservoir thermiquement isolé (14) contenant en permanence une quantité de liquide de refroidissement, en parallèle avec une conduite de dérivation (20). Des vannes (15, 16, 21) permettent au liquide de refroidissement sortant du moteur, au cours du fonctionnement de celui-ci, de traverser le réservoir ou au contraire de passer par la conduite de dérivation, en fonction de la température du liquide à la sortie du moteur et dans le réservoir, de façon à optimiser la vitesse de montée en température.

Description

Dispositif et procédé de refroidissement d'un moteur thermi aue utilisant un réservoir de fluide isolé
L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur thermique, notamment d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un organe d'extraction, notamment un échangeur de chaleur, pour extraire de la chaleur d'un fluide caloporteur, un organe de circulation, notamment une pompe, pour faire circuler le fluide caloporteur entre le moteur et l'organe d'extraction, et des conduites reliant le moteur et les organes d'extraction et de circulation pour former un circuit de fluide caloporteur, ainsi qu'une enceinte isolée thermiquement à l'extérieur de laquelle se trouvent le moteur et l'organe d'extraction, contenant un réservoir pour le fluide caloporteur, interposé dans le circuit et relié au moteur et aux organes d'extraction et de circulation par lesdites conduites de façon à être traversé par le fluide caloporteur lors du fonctionnement du moteur et à contenir en permanence une quantité de fluide.
Un tel dispositif est décrit dans FR-A-2 679 603. Ce dispositif connu permet d'accélérer la montée en température du moteur, après une période d'arrêt, lorsque la température du fluide caloporteur contenu dans le réservoir est encore à une température relativement élevée au moment du redémarrage du moteur. En revanche, lorsque la température du fluide dans le réservoir est ramenée à la température ambiante par suite d'un arrêt prolongé du moteur, la quantité supplémentaire de fluide de refroidissement due à la présence du réservoir, et qui doit traverser le moteur, ralentit au contraire la montée en température de celui-ci.
Le but de l'invention est d'éliminer cet inconvénient et d'obtenir dans tous les cas une montée en température du moteur au moins aussi rapide que si le réservoir isolé n'existait pas.
Un autre but de l'invention est d'accentuer encore, dans les cas les plus favorables, l'accélération de la montée en température apportée par le dispositif connu ci-dessus.
L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que ledit circuit comprend en outre une conduite de dérivation en parallèle avec le réservoir et que des moyens de commutation sont prévus pour faire passer le fluide soit dans le réservoir, soit dans la conduite de dérivation, en fonction de sa température.
D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de l'invention sont énoncées ci-après - Les moyens de commutation comprennent des vannes commandant le passage du fluide dans le réservoir et dans la conduite de dérivation, des capteurs de température fournissant des signaux représentant la température du fluide à la sortie du moteur et dans le réservoir, et des moyens d'exploitation pour piloter lesdites vannes en fonction desdits signaux.
- Les moyens de commutation comprennent au moins une vanne disposée immédiatement en amont et/ou en aval du réservoir, et une vanne disposée dans la conduite de dérivation.
- Les moyens de commutation comprennent au moins une vanne à trois voies disposée à l'entrée et/ou à la sortie de la conduite de dérivation de façon à mettre soit celle-ci, soit le réservoir, en communication avec le moteur.
- Les moyens de commutation comprennent une vanne thermostatique à trois voies immergée dans le réservoir et comportant une première entrée s'ouvrant dans celui-ci, une seconde entrée reliée à la conduite de dérivation et une sortie reliée à une conduite de sortie, ainsi qu'un capteur de température placé à l'intérieur de la vanne thermostatique, la conduite de dérivation, également immergée dans le réservoir, reliant la seconde entrée à une conduite d'entrée dont une extrémité débouche dans le réservoir.
- Un radiateur de chauffage de l'habitacle du véhicule est disposé dans ledit circuit, en série avec l'ensemble en parallèle formé par le réservoir et la conduite de dérivation.
- Ledit circuit comprend trois branches principales, à savoir une première branche contenant le moteur et l'organe de circulation, une seconde branche contenant l'organe d'extraction et une troisième branche contenant le réservoir, la conduite de dérivation et le radiateur de chauffage, les seconde et troisième branches étant disposées en parallèle entre les extrémités aval et amont de la première branche.
- Le dispositif comprend une vanne thermostatique pour régler la répartition du débit du fluide caloporteur entre les seconde et troisième branches.
L'invention a également pour objet un procédé de refroidissement d'un moteur thermique, utilisant le dispositif tel que défini ci-dessus, procédé dans lequel, lors du démarrage du moteur, on compare les températures du fluide à la sortie du moteur et dans le réservoir et on commande le passage du fluide dans le réservoir si cette première température est inférieure à la seconde et dans la conduite de dérivation si la première température est au moins égale à la seconde.
Le procédé selon l'invention peut comporter certaines au moins des particularités suivantes - On laisse passer le fluide dans le réservoir tant que la température à la sortie du moteur reste inférieure à la température dans le réservoir, puis on commande le passage du fluide dans la conduite de dérivation lorsque la première température est au moins égale à la seconde.
- Au cours du fonctionnement du moteur, on commande le passage du fluide dans le réservoir lorsque la température à la sortie du moteur atteint un seuil prédéterminé, puis on maintient ce passage jusqu'à l'arrêt du moteur.
- On régule la température à la sortie du moteur de façon à la maintenir à peu près au niveau dudit seuil.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - La figure 1 représente schématiquement un moteur thermique de véhicule automobile et son circuit de refroidissement équipé d'un dispositif selon l'invention; - La figure 2 est un diagramme montrant la variation dans le temps de la température du fluide sortant du moteur, dans différents cas; - La figure 3 est un diagramme illustrant les étapes du procédé selon l'invention; - Les figures 4 à 6 illustrent schématiquement et partiellement une variante du dispositif selon l'invention, dans trois étapes de fonctionnement différentes; et - la figure 7 est une vue analogue à la figure 1, relative à cette variante.
À la figure 1, le moteur thermique 1 présente un orifice d'entrée 2 et un orifice de sortie 3 de liquide de refroidissement reliés respectivement à une pompe de circulation 4 et à un thermostat ou calorstat 5. Outre la branche 6 contenant le moteur 1 et la pompe 4, le circuit de liquide de refroidissement comprend deux autres branches 7 et 8 disposées en parallèle entre le thermostat 5 et un point de jonction 9 situé en amont de la pompe. La branche 7 contient le radiateur de refroidissement 10 auquel est associé un ventilateur 11 muni de son moteur électrique 12. Dans la branche 8 sont montés en série, d'amont en aval, le réservoir isolé 14 associé à une électrovanne amont 15 et à une électrovanne aval 16, normalement fermées, et un radiateur 17 de chauffage de l'habitacle du véhicule, associé à un ventilateur 18 et à un moteur électrique d'entraînement 19.
Selon l'invention, une conduite de dérivation 20, sur laquelle est interposée une électrovanne 21 normalement ouverte, est montée en parallèle avec l'électrovanne 15, le réservoir 14 et l'électrovanne 16.
De façon connue, le thermostat 5 règle la fraction du débit total de liquide de refroidissement envoyée dans la branche 7, et par conséquent refroidie dans le radiateur 10, en fonction de la température du liquide qu'il reçoit en provenance du moteur 1.
Le circuit qui vient d'être décrit diffère de celui de FR-A2 679 603 par l'adjonction de la conduite 20 et de la vanne 21. Dans le dispositif connu, lorsque le moteur 1 fonctionne, les vannes 15 et 16 sont ouvertes et le liquide de refroidissement circule en permanence dans la branche 8 en traversant le réservoir 14. Lorsqu'on arrête le moteur 1, le liquide remplissant le réservoir 14 est donc à la température maximale atteinte par le liquide pendant la période de fonctionnement du moteur. Les vannes 15 et 16 sont alors automatiquement fermées grâce à des moyens de commande non représentés. Pendant la période de non-fonctionnement du moteur, le liquide contenu dans le réservoir 14, grâce à l'enceinte isolante 23 qui l'entoure, est maintenu à une température plus élevée que le liquide contenu dans le reste du circuit. Lors du lancement du moteur, les vannes 15 et 16 sont de nouveau ouvertes et la circulation du liquide reprend dans la branche 8 sous l'effet de la pompe 4. Le liquide relativement chaud qui se trouvait dans le réservoir 14 élève la température moyenne du liquide dans le circuit et accélère par conséquent le réchauffement du moteur.
L'amélioration ainsi obtenue est illustrée par la figure 2, dans laquelle les courbes a et b représentent la variation en fonction du temps, à partir du démarrage du moteur, de la température Tsm du fluide de refroidissement sortant de celui-ci, respectivement dans le cas d'un circuit de refroidissement traditionnel, sans réservoir isolé, et dans le cas du circuit selon FR-A-2 679 603. Il est clair cependant que cette amélioration n'est obtenue que si le liquide contenu dans le réservoir est encore suffisamment chaud au moment du démarrage du moteur. Dans le cas contraire, si par exemple la durée d'arrêt du moteur a été suffisante pour que le liquide du réservoir soit ramené à la température ambiante, la nécessité de réchauffer ce volume supplémentaire de liquide entraînera au contraire un ralentissement de la montée en température, comme montré par la courbe c de la figure 2.
Pour éliminer cet inconvénient, un premier aspect du procédé selon l'invention prévoit que, lors du démarrage du moteur, les vannes 15 et 16 ne sont ouvertes et la vanne 21 fermée que si la température Tv du liquide contenu dans le réservoir 14, mesurée au moyen d'un capteur non représenté, est supérieure à la température Tsm, de telle sorte que ce liquide puisse effectivement contribuer à l'échauffement du moteur. On obtient alors une courbe de réchauffement semblable à la courbe b, s'écartant d'autant plus de la courbe a que la température Tv initiale est plus élevée. Si au contraire Tv est inférieure ou égale à Tsm, les vannes 15 et 16 sont fermées et la vanne 21 ouverte, de sorte que le liquide du réservoir 14 ne circule pas et que le circuit fonctionne à la manière d'un circuit traditionnel, correspondant à la courbe de réchauffement a.
Cette façon de procéder est illustrée à la figure 3, dans laquelle les différentes courbes représentent l'état de fonctionnement du moteur et l'état d'ouverture ou de fermeture des vannes 15, 16 et 21, en fonction du temps. Le palier bas de la courbe A indique l'arrêt du moteur, et le palier haut indique le fonctionnement de celui-ci. Lorsque le moteur se met en route au temps zéro, les vannes 15 et 16 s'ouvrent (palier haut de la courbe B1), tandis que la vanne 21 est fermée (palier bas de la courbe C1), si Tv > Tsm. L'état des vannes est inverse (palier bas de la courbe B2 et palier haut de la courbe C2) si Tv 5 Tsm.
Dans le cas de l'inégalité initiale Tv > Tsm, au cours du fonctionnement du moteur, la valeur de Tsm croit et tend à rattraper Tv. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque, au temps tl, ces deux températures deviennent égales, on ferme les vannes 15 et 16 et on ouvre la vanne 21. La quantité de liquide circulant dans le circuit de refroidissement est alors réduite, ce qui se traduit par la courbe d de la figure 2 faisant apparaître, à partir de l'instant tl, une accélération de la montée en température par rapport à la courbe b.
Au-delà de l'instant t1, le réservoir 14 est hors circuit quelles que soient les valeurs relatives initiales de Tv et
Tsm. L'invention prévoit la remise en circuit du réservoir (instant t2, figures 2 et 3) lorsque Tsm atteint une valeur optimale Tr, par exemple 100 C, valeur que les organes de régulation tels que le thermostat 5 et le ventilateur 11 tendent à maintenir. Le réservoir 14 reste alors traversé par le liquide de refroidissement sortant du moteur jusqu'à l'instant t3 de l'arrêt de celui-ci, de façon que le liquide qui s'y trouve à ce moment soit le plus chaud possible.
La commande des électrovannes à partir des signaux des capteurs de température peut se faire par tous moyens connus, notamment électroniques.
Dans une version simplifiée du dispositif selon l'invention, la vanne 16 est supprimée, l'isolement hydraulique du réservoir 14 étant assuré par la seule vanne 15. Par ailleurs, les trois vannes 15, 16 et 21 peuvent être remplacées par deux vannes à trois voies situées respectivement aux points de jonction amont et aval de la conduite de dérivation 20, commandées conjointement de façon à mettre en communication soit le réservoir 14, soit la conduite 20, avec le reste du circuit, ou, dans une version simplifiée, par une seule vanne à trois voies placée au point de jonction amont de la conduite 20.
Les figures 4 à 6 montrent un réservoir isolé 30 dans lequel sont immergées une vanne thermostatique à trois voies 31 et une conduite de dérivation 32, et qui peut se substituer au réservoir 14, à la conduite 20 et aux vannes 15, 16 et 21 de la figure 1, comme le montre la figure 7. Au réservoir 30 sont associées une conduite d'entrée 33 pour l'arrivée du liquide provenant du moteur 1, le cas échéant par l'intermédiaire du thermostat 5, et une conduite de sortie 34 par laquelle le liquide retourne au moteur, notamment à travers le radiateur 17. L'extrémité 35 de la conduite 33 s'ouvre à l'intérieur du réservoir, ainsi qu'une première entrée 36 de la vanne 31. La conduite de dérivation 32 relie la conduite d'entrée 33 à une seconde entrée 37 de la vanne 31. Celle-ci présente en outre une sortie unique 38 reliée à l'extrémité amont de la conduite de sortie 34. Un organe mobile 39, représenté schématiquement sous la forme d'un volet pivotant, peut obturer l'ouverture 37, comme montré à la figure 4, ou l'ouverture 36, comme montré à la figure 6, ou encore laisser ces deux ouvertures dégagées comme montré aux figures 5 et 7, le passage de l'une à l'autre des positions illustrées aux figures 4 et 6 étant progressif. Dans le premier cas (figure 4), le volume de liquide contenu dans le réservoir 30 est dirigé vers le moteur 1 par la branche 8 en étant aspiré par la pompe 4. Simultanément, le réservoir 30 reçoit, par l'intermédiaire de la branche 33, du liquide venant du moteur ce qui assure le renouvellement du volume de liquide contenu dans le réservoir. Dans le cas de la figure 6, le liquide circulant dans la branche 33 passe directement dans la conduite 34, par l'intermédiaire de la conduite 32 et de la vanne 31, sans passer par le réservoir 30. En ce sens, la conduite de dérivation est donc bien en parallèle avec le réservoir, bien qu'étant immergée dans celui-ci. Dans la position de la figure 5, le débit de liquide parcourt en partie le réservoir et en partie la conduite de dérivation 32.
Comme connu en soi, la position de l'organe mobile 39 de la vanne thermostatique 31 est fonction de la valeur de la température détectée par un capteur qui lui est propre, par rapport à une valeur de référence réglable. Dans le cas présent, ce capteur est placé à l'intérieur de la vanne 31 de façon à détecter la température du liquide qui la traverse.
Ce liquide étant tantôt celui contenu dans le réservoir (figure 4), tantôt celui sortant du moteur (figure 6), tantôt un mélange des deux (figure 5), la vanne thermostatique est sensible à Tv ainsi qu'à Tsm. La valeur de référence est choisie de façon à obtenir le fonctionnement décrit ci-dessus en relation avec les figures 2 et 3, à ceci près qu'on observe de façon transitoire, lorsque les valeurs de Tv et de
Tsm deviennent voisines, une déviation partielle du débit de liquide par la conduite 32 (figure 5) qui n'affecte pas le fonctionnement d'ensemble du dispositif.

Claims (12)

  1. Revendications 1. Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique (1), notamment d'un moteur de véhicule automobile, comprenant un organe d'extraction (10), notamment un échangeur de chaleur, pour extraire de la chaleur d'un fluide caloporteur, un organe de circulation (4), notamment une pompe, pour faire circuler le fluide caloporteur entre le moteur et l'organe d'extraction, et des conduites reliant le moteur et les organes d'extraction et de circulation pour former un circuit de fluide caloporteur, ainsi qu'une enceinte (23) isolée thermiquement à l'extérieur de laquelle se trouvent le moteur et l'organe d'extraction, contenant un réservoir (14) pour le fluide caloporteur, interposé dans le circuit et relié au moteur et aux organes d'extraction et de circulation par lesdites conduites de façon à être traversé par le fluide caloporteur lors du fonctionnement du moteur et à contenir en permanence une quantité de fluide, caractérisé en ce que ledit circuit comprend en outre une conduite de dérivation (20) en parallèle avec le réservoir et que des moyens de commutation (15, 16, 21) sont prévus pour faire passer le fluide soit dans le réservoir, soit dans la conduite de dérivation, en fonction de sa température.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent des vannes (15, 16, 21) commandant le passage du fluide dans le réservoir et dans la conduite de dérivation, des capteurs de température fournissant des signaux représentant la température du fluide à la sortie du moteur et dans le réservoir, et des moyens d'exploitation pour piloter lesdites vannes en fonction desdits signaux.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent au moins une vanne (15,16) disposée immédiatement en amont et/ou en aval du réservoir, et une vanne (21) disposée dans la conduite de dérivation.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent au moins une vanne à trois voies disposée à l'entrée et/ou à la sortie de la conduite de dérivation de façon à mettre soit celle-ci, soit le réservoir, en communication avec le moteur.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent une vanne thermostatique à trois voies (31) immergée dans le réservoir (30) et comportant une première entrée (36) s'ouvrant dans celui-ci, une seconde entrée (37) reliée à la conduite de dérivation (32) et une sortie (38) reliée à une conduite de sortie (34), ainsi qu'un capteur de température placé à l'intérieur de la vanne thermostatique, la conduite de dérivation, également immergée dans le réservoir, reliant la seconde entrée à une conduite d'entrée (33) dont une extrémité débouche dans le réservoir.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un radiateur (17) de chauffage de l'habitacle du véhicule est disposé dans ledit circuit, en série avec l'ensemble en parallèle formé par le réservoir et la conduite de dérivation.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit comprend trois branches principales, à savoir une première branche (6) contenant le moteur (1) et l'organe de circulation, une seconde branche (7) contenant l'organe d'extraction (10) et une troisième branche (8) contenant le réservoir (14), la conduite de dérivation (20) et le radiateur de chauffage (17), les seconde et troisième branches étant disposées en parallèle entre les extrémités aval et amont de la première branche.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne thermostatique (5) pour régler la répartition du débit du fluide caloporteur entre les seconde et troisième branches.
  9. 9. Procédé de refroidissement d'un moteur thermique (1), utilisant le dispositif selon l'une des revendications précédentes, procédé dans lequel, lors du démarrage du moteur, on compare les températures du fluide à la sortie du moteur (Tsm) et dans le réservoir (Tv) et on commande le passage du fluide dans le réservoir (14) si cette première température est inférieure à la seconde et dans la conduite de dérivation (20) si la première température est au moins égale à la seconde.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on laisse passer le fluide dans le réservoir tant que la température à la sortie du moteur reste inférieure à la température dans le réservoir, puis on commande le passage du fluide dans la conduite de dérivation lorsque la première température est au moins égale à la seconde.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que, au cours du fonctionnement du moteur, on commande le passage du fluide dans le réservoir lorsque la température à la sortie du moteur atteint un seuil prédéterminé (Tr), puis on maintient ce passage jusqu'à l'arrêt du moteur.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on régule la température à la sortie du moteur de façon à la maintenir à peu près au niveau dudit seuil.
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