FR2748428A1 - Systeme de refroidissement pour vehicule a propulsion hybride - Google Patents

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Abstract

Système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comportant un moteur thermique 7 et au moins un moteur électrique 6, du type comprenant un liquide caloporteur circulant dans les moteurs thermique 7 et électrique 6 et dans un radiateur 1 comportant une pluralité de canaux de refroidissement et capables de refroidir le liquide caloporteur par échange thermique avec un courant d'air. Le système comprend des moyens pour que, le moteur thermique 7 étant à l'arrêt et le moteur électrique 6 étant en marche, le liquide caloporteur circule dans une première partie du radiateur seulement, et pour que, les deux moteurs étant en marche, le liquide caloporteur circule dans les deux parties du radiateur 1.

Description

Système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride.
La présente invention concerne un système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride.
Les véhicules à propulsion hybride comprennent en général un moteur thermique et un ou deux moteurs électriques, tous devant être refroidis afin de fonctionner dans les conditions pour lesquelles ils sont prévus. On cherche à profiter de cette double motorisation pour réduire au maximum la consommation et les émissions polluantes, de façon à rester en dessous des niveaux autorisés.
On connaît la demande de brevet international n" 9302884 qui concerne le refroidissement par liquide des deux moteurs et de l'onduleur. Les pertes thermiques du moteur électrique sont utilisées pour préchauffer le moteur thermique dans le but de réduire sa consommation et ses émissions polluantes au démarrage.
On connaît également la demande de brevet allemand n" 4226781 qui concerne un dispositif de refroidissement dans lequel la chaleur extraite des moteurs est dirigée dans un échangeur thermique à air, dont l'air peut être dirigé, soit vers l'extérieur, soit vers l'habitacle du véhicule en vue du chauffage.
Néanmoins, on a constaté que les plages de débit et de température du liquide de refroidissement sont très différentes pour un moteur électrique et pour un moteur thermique. Le liquide de refroidissement d'un moteur électrique a un débit de l'ordre de 100 à 500 Heure à une température de 50 à 70". Le liquide - de refroidissement d'un moteur thermique a un débit qui peut être dix fois supérieur, à une température de l'ordre de 100 à 110 maximum. Ces différences de débit et de température rendent difficile l'utilisation d'un seul circuit et d'un seul radiateur fonctionnant dans des conditions optimales sur l'ensemble des situations rencontrées pour un véhicule à propulsion hybride.
La présente invention a pour objet de remédier aux limitations des techniques classiques en proposant un système de refroidissement fonctionnant de façon optimale dans tous les cas de figure et permettant de réduire la consommation d'énergie et les émissions polluantes.
La présente invention a également pour objet un procédé de refroidissement grâce auquel les moteurs sont convenablement refroidis dans toutes les hypothèses de fonctionnement.
Le système de refroidissement, selon l'invention, est destiné à un véhicule à propulsion hybride comportant un moteur thermique et au moins un moteur électrique, et est du type comprenant un liquide caloporteur circulant dans les moteurs thermique et électrique et dans un radiateur comportant une pluralité de canaux de refroidissement et capable de refroidir le liquide caloporteur par échange thermique avec un courant d'air. Le système de refroidissement comprend des moyens pour que, le moteur thermique étant à l'arrêt et le moteur électrique étant en marche, le liquide caloporteur circule dans une première partie du radiateur seulement, et pour que, les deux moteurs étant en marche, le liquide caloporteur circule dans les deux parties du radiateur. On peut ainsi maintenir un écoulement turbulent du liquide caloporteur dans la première partie du radiateur afin d'assurer un refroidissement satisfaisant du moteur électrique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est alimenté par un dispositif de commande comprenant des interrupteurs électroniques dissipant de la chaleur et le dispositif de commande est refroidi par le liquide caloporteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend des moyens pour obturer un nombre prédéterminé de canaux du radiateur, le moteur thermique étant à l'arrêt.
Avantageusement, les moyens d'obturation sont commandés par un moyen de gestion et de commande du moteur thermique.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième parties du radiateur sont séparées pour éviter un mélange des liquides caloporteurs contenus respectivement dans les première et deuxième parties du radiateur, le moteur thermique étant en marche.
De préférence, la première partie du radiateur est disposée devant la deuxième partie du radiateur dans le sens d'écoulement de l'air pour permettre au liquide caloporteur de la première partie du radiateur de circuler à une température plus faible que le liquide caloporteur de la deuxième partie du radiateur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système comprend un moyen pour mettre temporairement en communication les première et deuxième parties du radiateur en vue du préchauffage du moteur thermique par le liquide caloporteur de la première partie du radiateur.
Le moteur thermique peut être maintenu en permanence à la température de préchauffage, le moyen de mise en communication des première et deuxième parties du radiateur étant commandé par un moyen de gestion et de commande du moteur thermique.
Le procédé de refroidissement, selon l'invention, est destiné à des véhicules à propulsion hybride comportant un moteur thermique et au moins un moteur électrique refroidis par la circulation d'un liquide caloporteur dans lesdits moteurs et dans un moyen d'échange thermique. On maintient un écoulement turbulent du liquide caloporteur dans le moyen d'échange thermique, le moteur thermique étant en marche. Lorsque le moteur thermique est à l'arrêt, on ne fait circuler le liquide caloporteur que dans une partie du moyen de refroidissement, de façon que l'écoulement reste turbulent.
Grâce à l'invention, on obtient un système de refroidissement des moteurs dont le fonctionnement est satisfaisant même lorsque le moteur thermique est arrêté.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre nullement limitatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est un schéma illustrant un premier mode de réalisation de l'invention;
la figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement du radiateur de la figure 1; et
la figure 3 est un schéma illustrant le fonctionnement d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Le système de refroidissement illustré sur la figure 1 comprend un radiateur 1, une pompe 2 et deux vannes 3 et 4. Le radiateur 1, la pompe 2 et les vannes 3 et 4 sont reliés par des tuyaux non représentés. Le système de refroidissement comprend un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau additionnée de glycol dont le sens de l'écoulement est indiqué par les flèches. La vanne 3 commande la circulation du liquide de refroidissement contenu dans l'ensemble des organes du système de refroidissement, dans l'onduleur 5 et le moteur électrique 6 de propulsion du véhicule. Sur les véhicules à propulsion hybride, le moteur électrique 6 est généralement du type asynchrone commandé par un dispositif de commande tel que l'onduleur 5 équipé d'interrupteurs électroniques, par exemple des transistors, afin de faire varier sa vitesse de rotation. L'onduleur 5 et le moteur électrique 6 ont des pertes telles que les pertes fer ou les pertes par courants de Foucault dans le moteur électrique 6 qui se traduisent par un échauffement . Afin d'éviter une destruction due à l'échauffement excessif, il est nécessaire de refroidir l'onduleur 5 et le moteur électrique 6. Le refroidissement est assuré par la circulation du liquide de refroidissement qui est prélevé dans le radiateur 1 par la pompe 2 et envoyé par l'intermédiaire de la vanne 3 en position ouverte dans l'onduleur 5 et le moteur électrique 6. A la sortie du moteur électrique 6, le liquide de refroidissement qui a subi un échauffement est envoyé dans le radiateur 1.
La vanne 4 commande la circulation du liquide de refroidissement dans le moteur thermique 7. Le liquide de refroidissement envoyé par la pompe 2 passe dans la vanne ouverte 4, dans le moteur thermique 7 et retourne dans le radiateur 1. Lorsque le moteur électrique 6 et le moteur thermique 7 sont en marche, les vannes 3 et 4 sont toutes deux ouvertes. Lorsque le moteur thermique 7 est arrêté, la vanne 4 est fermée et le liquide de refroidissement ne circule que dans l'onduleur 5 et dans le moteur électrique 6.
Le débit de liquide de refroidissement à travers l'onduleur 5 et le moteur électrique 6 est inférieur au débit circulant dans le moteur thermique 7 d'un facteur de l'ordre de 10. Par conséquent, la vitesse d'écoulement du liquide de refroidissement dans le radiateur 1 qui est dimensionné pour recevoir le débit en provenance du moteur thermique 7, est extrêmement faible lorsque la vanne 4 est fermée en raison de l'arrêt du moteur thermique 7. Il existe alors un risque non négligeable que l'écoulement du liquide de refroidissement à travers le radiateur 1 devienne laminaire, ce qui est nuisible au bon fonctionnement et aux échanges thermiques du radiateur 1 avec le courant d'air qui le traverse.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le radiateur 1 comprend un collecteur 8 d'entrée du liquide de refroidissement, une boîte à eau 9 et un collecteur 10 de sortie du liquide de refroidissement. Entre le collecteur d'entrée 8 et la boîte à eau 9 et entre la boîte à eau 9 et le collecteur de sortie 10, le liquide de refroidissement passe dans une pluralité de canaux 11, 1 la entourés par des ailettes 12 dans le but de favoriser les échanges thermiques avec l'air passant entre les ailettes 12. Le radiateur 1 comprend quatre clapets 13 disposés chacun à une extrémité d'un canal 1 la, et commandés par des actionneurs 14 capables de provoquer l'obturation ou au contraire l'ouverture des canaux 1 la équipés de clapets 13. Lorsque le moteur électrique 6 et le moteur thermique 7 (figure 1) sont en marche, les clapets 13 restent ouverts afin de permettre la circulation d'un débit important de liquide de refroidissement. Au contraire, lorsque le moteur thermique 7 est arrêté et que le moteur électrique 6 est en fonctionnement, les clapets 13 sont en position d'obturation des canaux 1 la de façon que les canaux 1 1 restés ouverts voient un écoulement rapide donc turbulent du liquide de refroidissement afin de favoriser le transfert thermique entre le liquide de refroidissement et les ailettes 12.
Les actionneurs 14 peuvent être reliés à un calculateur de gestion et de commande du moteur thermique 7. La mise en fonctionnement du moteur thermique 7 provoquant, par l'intermédiaire des actionneurs 14, l'ouverture des clapets 13.
Le système de refroidissement illustré sur la figure 3 comprend un premier circuit de refroidissement 15 du moteur électrique 6 et de l'onduleur 5 et un deuxième circuit de refroidissement 16 du moteur thermique 7. Le premier circuit de refroidissement 15 comprend un radiateur 17, une pompe 18 et une vanne 19. Lorsque l'onduleur 5 et le moteur électrique 6 sont en fonctionnement, la vanne 19 est ouverte et la pompe 18 est actionnée. Le refroidissement est assuré par la circulation du liquide de refroidissement dans le radiateur 17. Le radiateur 17 est dimensionné de façon que l'écoulement du liquide de refroidissement soit turbulent.
Le deuxième circuit de refroidissement 16 comprend un radiateur 24 et une pompe 20. Le refroidissement du moteur thermique 7 est assuré par la circulation du liquide de refroidissement dans le radiateur 19 sous l'action de la pompe 20. Les radiateurs 17 et 24 servent à échanger la chaleur des liquides de refroidissement des circuits de refroidissement 15 et 16 en réchauffant de l'air qui traverse lesdits radiateurs 17 et 24. Le radiateur 17 est en général parcouru par un liquide de refroidissement dont la température est de l'ordre de 50 à 70". Le radiateur 24 est en général parcouru par un liquide de refroidissement dont la température est aux alentours de 100 . On place le radiateur électrique 17 de refroidissement du moteur électrique 6 devant le radiateur 24 du moteur thermique 7 dans le sens d'écoulement du courant d'air représenté par la flèche référencée 21.
Une telle disposition permet au moteur électrique 6 de fonctionner à basse température, ce qui accroît son rendement et prolonge sa durée de vie.
Le système de refroidissement comprend également une vanne 22 disposée à la sortie du moteur électrique 6 en parallèle de la vanne 19 et reliant la sortie du moteur électrique 6 à l'entrée du moteur thermique 7. Une vanne 23 est disposée entre la sortie de la pompe 20 du deuxième circuit de refroidissement 16 et l'entrée de l'onduleur 5 du premier circuit de refroidissement 15. Lorsque la vanne 19 est fermée et que les vannes 22 et 23 sont ouvertes, on fait circuler dans le moteur thermique 7 le liquide de refroidissement réchauffé par son passage dans le moteur électrique 6. On peut ainsi préchauffer le moteur thermique 7 avant son démarrage. Ce préchauffage évite le démarrage à froid du moteur thermique 7 qui accroît la consommation de carburant et augmente les émissions d'éléments polluants. On peut prévoir que le calculateur, non représenté, de gestion et de commande du moteur thermique 7 soit capable de commander les vannes 19, 22 et 23 pour maintenir le moteur thermique 7 en permanence à la température de préchauffage lorsqu'il est à l'arrêt. Ainsi, le moteur thermique 7 est en pcrmanence prêt à démarrer dans des conditions d'utilisation optimales. Au contraire, lorsque les moteurs thermique 7 et électrique 6 sont tous deux en fonctionnement, la vanne 19 est ouverte et les vannes 22 et 23 sont fermées pour permettre au moteur électrique 6 de fonctionner à une température inférieure à celle du moteur thermique 7.
Grâce à l'invention, le refroidissement du moteur électrique est assuré de façon simple et efficace et le moteur thermique peut être maintenu à température de préchauffage, ce qui réduit les émissions polluantes et la consommation de carburant au démarrage de celui-ci.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Système de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comportant un moteur thermique (7) et au moins un moteur électrique (6), du type comprenant un liquide caloporteur circulant dans les moteurs thermique et électrique et dans un radiateur (1) comportant une pluralité de canaux de refroidissement et capable de refroidir le liquide caloporteur par échange thermique avec un courant d'air, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour que, le moteur thermique (7) étant à l'arrêt et le moteur électrique (6) étant en marche, le liquide caloporteur circule dans une première partie du radiateur seulement, et pour que, les deux moteurs étant en marche, le liquide caloporteur circule dans les deux parties du radiateur.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, le moteur électrique (6) étant alimenté par un dispositif de commande (5) comprenant des interrupteurs électroniques dissipant de la chaleur, le dispositif de commande est refroidi par le liquide caloporteur.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour obturer un nombre prédéterminé de canaux (1 la) du radiateur (1), le moteur thermique étant à l'arrêt.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens d'obturation sont commandés par un moyen de gestion et de commande du moteur thermique.
5. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les première et deuxième parties du radiateur sont séparées pour éviter un mélange des liquides caloporteurs contenus respectivement dans lesdites première et deuxième parties, le moteur thermique étant en marche.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la première partie (17) du radiateur est disposée devant la deuxième partie (24) du radiateur dans le sens d'écoulement de l'air pour permettre au liquide caloporteur de la première partie du radiateur de circuler à une température plus faible que le liquide caloporteur de la deuxième partie du radiateur.
7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen pour mettre temporairement en communication les première et deuxième parties du radiateur en vue du préchauffage du moteur thermique (7) par le liquide caloporteur de la première partie du radiateur.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le moteur thermique est maintenu en permanence à la température de préchauffage, le moyen de mise en communication des première et deuxième parties du radiateur étant commandé par un moyen de gestion et de commande du moteur thermique.
9. Procédé de refroidissement pour véhicule à propulsion hybride comportant un moteur thermique (7) et au moins un moteur électrique (6) refroidis par la circulation d'un liquide caloporteur dans lesdits moteurs et dans un moyen d'échange thermique (1), dans lequel on maintient un écoulement turbulent du liquide caloporteur dans le moyen d'échange thermique, le moteur thermique étant en marche, caractérisé par le fait que, le moteur thermique étant à l'arrêt, on ne fait circuler le liquide caloporteur que dans une partie du moyen de refroidissement, de façon que l'écoulement reste turbulent.
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