FR2832185A1

FR2832185A1 - Systeme de gestion de l'energie thermique developpee par un moteur thermique de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2832185A1
Application number: FR0114662A
Authority: FR
Inventors: Ngy Srun Ap; Pascal Guerrero; Philippe Jouanny
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: FR2832185B1

Abstract

Le système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique (10) de véhicule automobile comprend un réseau principal (2) équipé d'une pompe principale (12), n moteur thermique (10) et un radiateur de refroidissement principal (18). Le réseau principal (2) comprend, en outre, une canalisation de court-circuit (20) et une canalisation de chauffage (22) comportant un aérotherme (24) et une boucle secondaire (4) incluant un radiateur secondaire (60) et une pompe secondaire (58). Le réseau principal et la boucle secondaire peuvent comporter des équipements chauffés ou refroidis par des échangeurs d'équipement (34, 36, 38, 64, 66) intégrés au réseau principal (2) et/ ou à la boucle secondaire (4). Le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4) sont reliés par des moyens d'interconnexion qui permettent de faire circuler de manière contrôlée un même fluide caloporteur entre le réseau principal et la boucle secondaire ou d'interdire cette circulation en fonction de l'état de charge du moteur (10).

Description

Système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique de véhicule automobile L'invention concerne un système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un réseau principal équipé d'une pompe principale pour faire circuler un fluide caloporteur entre le moteur thermique et un radiateur de refroidissement principal échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, le réseau principal comprenant, en outre, une canalisation de court-circuit et une canalisation de chauffage comportant un aérotherme, et une boucle secondaire incluant un radiateur secondaire et une pompe secondaire.

Les moteurs thermiques de véhicules automobiles sont refroidis au moyen d'un radiateur de refroidissement placé à l'avant du véhicule. Un circuit de fluide de refroidissement permet de faire circuler un fluide caloporteur entre le moteur thermique et le radiateur de refroidissement afin de refroidir le moteur.

L'énergie thermique dégagée par le moteur est également utilisée pour chauffer l'habitacle du véhicule en faisant passer le fluide caloporteur dans un aérotherme. En outre, les véhicules automobiles modernes comportent de plus en plus des équipements qui échangent de l'énergie thermique avec leur environnement extérieur. La plus grande partie de ces équipements doivent être refroidis. C'est le cas, en particulier, du condenseur qui fait partie du circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile, mais également du radiateur de refroidissement du circuit d'huile et du radiateur de refroidissement de l'air de suralimentation. De plus en plus souvent, également, on refroidit les gaz d'échappement afin de diminuer la pollution.

D'autres équipements, peu nombreux, doivent au contraire être

réchauffés. C'est le cas, en particulier, de l'échangeur du réchauffeur de carburant.

Dans les véhicules fabriqués actuellement, on prévoit un circuit de fluide spécial pour chaque équipement à refroidir ou à réchauffer. Par exemple, le circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile comporte un échangeur de chaleur, constituant un condenseur, disposé à l'avant du véhicule devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique. Un fluide frigorigène particulier, distinct du fluide caloporteur du moteur thermique, parcourt le circuit de climatisation. Des conduites spéciales sont nécessaires pour relier le condenseur à l'évaporateur qui est situé dans le boîtier de l'appareil de climatisation et de chauffage de l'habitacle du véhicule.

De même, si le véhicule est équipé d'un refroidisseur d'air de suralimentation, le refroidissement de l'air est effectué dans un échangeur air-air qui est disposé à l'avant du véhicule et qui est refroidi par une circulation d'air atmosphérique.

Cette conception se traduit par la présence d'un grand nombre de canalisations et de conduits sous le capot du moteur, par exemple les tuyaux d'admission d'air nécessaires au refroidisseur d'air de suralimentation, coûteux à ramener en face avant du véhicule parce que leur cheminement est complexe et parce qu'ils sont encombrants.

La présente invention a pour but un système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique qui réduit l'encombrement des circuits de fluide.

Ce but est atteint, conformément à l'invention, par le fait que le réseau principal et la boucle secondaire sont reliés par des moyens d'interconnexion qui permettent de faire circuler de manière contrôlée le fluide caloporteur entre le réseau principal et la boucle secondaire ou d'interdire cette

circulation en fonction de l'état de charge du moteur thermique.

Fréquemment, le véhicule automobile comporte un ou plusieurs équipements en relation d'échange thermique avec le milieu qui leur est extérieur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur d'équipement, le ou les échangeurs de chaleur d'équipement étant intégrés au réseau principal et/ou à la boucle secondaire, chaque échangeur de chaleur étant en relation d'échange thermique avec le fluide de cycle caloporteur.

Grâce à cette caractéristique, il n'est pas nécessaire de ramener en face avant du véhicule chacun des échangeurs de chaleur d'équipement. Il y a une liberté beaucoup plus grande pour les disposer à un emplacement approprié sous le capot du véhicule automobile. En particulier, les échangeurs de chaleur d'équipement peuvent être rapprochés de l'équipement qu'ils refroidissent. La longueur des canalisations est ainsi fortement diminuée, ce qui diminue par voie de conséquence leur encombrement. D'autre part, la quantité de fluide caloporteur qui parcourt ces canalisations est également réduite de manière importante, ce qui permet une diminution de coût parce que ces fluides sont généralement coûteux.

Avantageusement, les moyens d'interconnexion sont aptes à constituer une configuration de démarrage à froid comprenant une boucle principale de démarrage à froid et une boucle secondaire de démarrage à froid isolées l'une de l'autre, le radiateur principal et le radiateur secondaire étant intégrés à la boucle secondaire ; et une configuration de fonctionnement normal dans laquelle une circulation de fluide caloporteur s'effectue par intermittence entre la boucle principale de démarrage à froid et la boucle secondaire de démarrage à froid en fonction de l'état de charge du moteur thermique.

Dans une variante particulière, le système comporte une vanne thermostatique disposée sur la boucle principale de démarrage à froid, une circulation de fluide caloporteur s'effectuant entre la boucle principale de démarrage à froid et la boucle secondaire de démarrage à froid en fonction de l'état ouvert ou fermé de la vanne thermostatique.

Avantageusement encore, les moyens d'interconnexion sont, en outre, aptes à réaliser une configuration de forte charge dans laquelle le réseau principal et la boucle secondaire sont isolés l'un de l'autre, le radiateur principal servant exclusivement au refroidissement du réseau principal et le radiateur secondaire servant exclusivement au refroidissement de la boucle secondaire.

Ainsi, le radiateur principal n'est dimensionné que pour dissiper au maximum une certaine fraction, par exemple 80%, du flux thermique maximal rejeté dans l'eau par le moteur thermique, les moyens d'interconnexion sont, en outre, aptes à réaliser une configuration de très forte charge dans laquelle une circulation de fluide caloporteur s'effectue entre le réseau principal et la boucle secondaire, la capacité de refroidissement du radiateur secondaire étant utilisée pour refroidir simultanément la boucle secondaire et le moteur thermique.

Cette configuration de très forte charge est intéressante parce qu'elle permet de disposer en face avant du véhicule d'un radiateur principal plus petit, donc moins coûteux à fabriquer. En outre, si le radiateur principal est plus petit, on peut envisager un radiateur secondaire plus grand qui assure une meilleure dissipation de l'énergie thermique dans le circuit secondaire, donc un meilleur rendement, par exemple du système de climatisation du véhicule.

D'autres caractéristiques supplémentaires ou optionnelles de

l'invention sont énumérées ci-après : le réseau principal comprend une canalisation de moteur sur laquelle sont montés la pompe principale et le moteur thermique, une canalisation de chauffage sur laquelle est monté l'aérotherme, une canalisation de radiateur principal sur laquelle est monté le radiateur principal et une canalisation de court-circuit, la canalisation de moteur, la canalisation de chauffage, la canalisation de radiateur principal et la canalisation de court-circuit étant montées en parallèle. la canalisation de moteur, la canalisation de chauffage, la canalisation de radiateur principal et la canalisation de court-circuit sont montées en parallèle entre une conduite et une autre conduite.

- un thermostat est placé entre la canalisation de moteur et l'autre conduite. la boucle secondaire comprend une canalisation de radiateur secondaire sur laquelle sont montés le radiateur secondaire et une pompe de circulation secondaire, et une canalisation. les moyens d'interconnexion comprennent une vanne à quatre voies et une première et une seconde vanne à trois voies, la vanne à quatre voies et la première vanne à trois voies étant intégrées au réseau principal, la seconde vanne à trois voies étant intégrée à la boucle secondaire. le radiateur principal et/ou le radiateur secondaire font partie d'un module d'échange comprenant un premier échangeur de chaleur et un second échangeur de chaleur ayant chacun une boite collectrice d'entrée et une boîte collectrice de sortie, le premier et le second échangeur de chaleur étant superposés de manière à être traversés par un même flux d'air, la boîte collectrice de sortie du premier échangeur de chaleur communiquant avec la boite collectrice d'entrée du second échangeur de chaleur par un orifice de passage, des moyens de vanne permettant

d'ouvrir ou de fermer l'orifice de passage. le réseau principal et la boucle secondaire comportent chacun un vase d'expansion.

Par ailleurs, l'invention concerne un système de vannes pour réaliser l'interconnexion d'un réseau principal équipé d'une pompe principale pour faire circuler un fluide de cycle caloporteur entre le moteur thermique et un radiateur de refroidissement principal échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, et d'une boucle secondaire incluant un radiateur secondaire et une pompe secondaire. Il comporte une vanne à quatre voies et une première et une seconde vanne à trois voies, la vanne à quatre voies et la première vanne à trois voies étant intégrées au réseau principal, la seconde vanne à trois voies étant intégrée à la boucle secondaire.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit faite en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la Figure 1 est une vue schématique d'un système de gestion de l'énergie thermique dissipée par un moteur thermique de véhicule automobile conforme à la présente invention ; la Figure 1A représente les échangeurs d'équipement faisant partie du réseau principal ; la Figure 1B représente les échangeurs de chaleur d'équipement faisant partie de la boucle secondaire ; - la Figure 2 représente une variante des échangeurs d'équipement faisant partie du réseau principal ; - la Figure 3 représente une variante des échangeurs de chaleur d'équipement faisant partie de la boucle secondaire ; - la Figure 4 est une vue schématique du système de gestion de l'énergie thermique de la Figure 1 dans la

configuration de démarrage à froid ; - la Figure 5 est une vue schématique du système de gestion de l'énergie thermique de la Figure 1 de la configuration de fonctionnement normal ; - la Figure 6 est une vue schématique du système de gestion de l'énergie thermique de la Figure 1 de la configuration de forte charge ; - la Figure 7 est une vue schématique du système de gestion de l'énergie thermique de la Figure 1 dans la configuration de très forte charge.

On a représenté sur la Figure 1 une vue d'ensemble d'un système de gestion de l'énergie thermique dégagée par un moteur thermique conforme à la présente invention. Ce système comprend un réseau principal, désigné par la référence générale 2, une boucle secondaire, désignée par la référence générale 4, et des moyens d'interconnexion, désignés par la référence générale 6, disposés entre le réseau principal 2 et la boucle secondaire 4.

Le réseau principal 2 comprend une canalisation de moteur 8 raccordée au moteur thermique 10 du véhicule. Une pompe 12 mécanique ou électrique alimente le circuit de refroidissement du moteur 10 en fluide caloporteur, comme schématisé par les flèches 14. Le réseau principal comprend également une canalisation de radiateur 16 sur laquelle est monté un radiateur principal 18 traversé par le fluide caloporteur. Une canalisation de court-circuit 20 est montée en parallèle à la canalisation de radiateur 16.

Le réseau principal 2 comprend encore une canalisation de chauffage 22 sur laquelle est monté un aérotherme 24. Les canalisations 8,16, 20 et 22 sont raccordées à des conduites 26 et 28. Un thermostat 30, ou une vanne thermostatique électrique et/ou pneumatique, est monté au raccordement de la canalisation de moteur 8 et de la conduite 28. Le thermostat 30 est sensible à la température du liquide caloporteur. En

dessous d'une température de seuil, par exemple 100*C, le thermostat 30 est fermé et le fluide caloporteur qui sort du moteur par la canalisation 8 est dirigé exclusivement vers l'aérotherme 24. Au contraire, lorsque la température du fluide caloporteur dépasse cette valeur de seuil, le fluide peut circuler dans les deux branches de la conduite 28 et se diriger également vers le radiateur principal 18 et la canalisation de court-circuit 20.

Optionnellement, le réseau principal 2 peut comporter une branche 32 d'échangeurs d'équipement si le véhicule est équipé d'équipements complémentaires tels qu'un refroidisseur d'huile de circulation ou de gaz d'échappement. Dans ce cas, conformément à l'invention, ces équipements complémentaires sont refroidis, le cas échéant réchauffés, par l'intermédiaire d'échangeurs d'équipement, qui échangent de la chaleur avec le fluide caloporteur qui circule dans le réseau principal.

Dans l'exemple représenté sur la Figure 1, le réseau principal comporte trois échangeurs d'équipement, à savoir un radiateur de refroidissement d'huile 34, un réchauffeur de carburant 36 monté parallèlement au refroidisseur d'huile 34 et un refroidisseur de gaz d'échappement 38 monté en série avec le refroidisseur d'huile 34 (voir Figure 1A). D'autres configurations série et/ou parallèle sont égalements possibles. Une canalisation d'huile 40 amène l'huile chaude en provenance du circuit d'huile jusqu'au radiateur de refroidissement d'huile, et une canalisation de sortie d'huile 42 ramène l'huile refroidie vers le circuit d'huile. De la même manière, une canalisation d'amenée de carburant 44 amène le carburant froid au réchauffeur de carburant 36 et une canalisation de sortie de carburant réchauffé 46 ramène le carburant vers le moteur. Une capsule thermostatique 48 permet d'interrompre la dérivation sur laquelle est monté le réchauffeur de carburant 36 en fonction de la température du carburant. De même, une canalisation 50 amène les gaz d'échappement chauds au

refroidisseur de gaz d'échappement 38 et une canalisation de sortie 52 renvoie les gaz d'échappement refroidis à un collecteur d'admission. Le refroidisseur de gax d'échappement 38 permet de diminuer la pollution du moteur. Il permet, en outre, de récupérer de la chaleur sur les gaz d'échappement, ce qui accélère la montée en température du moteur durant la phase de démarrage.

Les échangeurs 34,36 et 38 ont été entourés d'un rectangle arrondi en traits tiretés 54 pour indiquer que ces équipements sont optionnels.

La boucle secondaire 4 comprend une canalisation de radiateur secondaire 56 sur laquelle sont montés une pompe de circulation secondaire 58 électrique et un radiateur secondaire 60. Elle comprend également une canalisation 62. De la même manière que le réseau principal 2, la boucle secondaire 4 peut comporter des radiateurs destinés à refroidir ou éventuellement à réchauffer des équipements secondaires du véhicule. Dans l'exemple représenté, le véhicule comprend un circuit de climatisation. Le condenseur 64 du circuit de climatisation est monté dans la boucle secondaire 4 (voir aussi Figure 1B). Il est refroidi par échange de chaleur avec le fluide caloporteur qui circule dans cette boucle.

Le véhicule est également équipé d'un refroidisseur d'air de suralimentation 66 (Figures 1 et 1B) qui permet d'abaisser la température de l'air préalablement à son introduction dans le moteur. Alors que, généralement, le refroidisseur d'air de suralimentation est un échangeur air-air, conformément à l'invention ce refroidisseur 66 est un refroidisseur airliquide. L'air de suralimentation est refroidi par échange de chaleur avec le cycle de fluide caloporteur qui circule dans la boucle secondaire 4. Le condenseur de climatisation 64 et le refroidisseur d'air de suralimentation 66 sont montés en parallèle ou en série. Ces deux échangeurs ont été représentés

entourés d'un rectangle arrondi en traits tiretés 68 pour indiquer qu'ils sont optionnels.

Le réseau principal 2 et la boucle secondaire 4 sont reliés par les moyens d'interconnexion 6 qui permettent d'isoler le réseau principal de la boucle secondaire ou, au contraire, d'assurer une circulation de fluide entre eux. Dans l'exemple représenté, les moyens d'interconnexion sont constitués par une vanne à quatre voies 70 et par une première vanne à trois voies 72 et une seconde vanne à trois voies 74. La vanne à quatre voies 70 et la première vanne à trois voies 72 sont intégrées au réseau principal 2. Elles sont montées sur la conduite 26.

Une première voie 70-1 de la vanne 70 est reliée à la canalisation de court-circuit 20, une deuxième voie 70-2 à la canalisation 26, du côté du moteur thermique 10, une troisième voie 70-3 est raccordée à une conduite 76 qui relie la vanne à quatre voies 70 à la seconde vanne à trois voies 74. Enfin, la quatrième voie 70-4 de la vanne 70 est raccordée à la partie de la canalisation 26 qui relie la vanne 70 et la vanne 72.

La vanne 72 comporte une première voie 72-1 reliée à la canalisation de radiateur principal 16, une seconde voie 72-2 reliée à la conduite 26 et une troisième voie 72-3 raccordée à la canalisation de radiateur secondaire 56.

Enfin, la deuxième vanne à trois voies 74 comporte une première voie 74-1 reliée à la canalisation 62, une seconde voie 74-2 reliée à la conduite 76 et une troisième voie 74-3 reliée à une conduite 78 raccordée en T à la canalisation 56.

Les vannes 70,72 et 74 sont pilotées par des moyens sensibles à la température, tels que des sondes de température qui captent la température du fluide caloporteur en divers endroits du réseau principal et de la boucle secondaire 4.

Sur la Figure 1, le radiateur principal 18 et le radiateur secondaire 60 ont été représentés comme deux éléments séparés.

Une réalisation de ce type est possible. Les deux échangeurs peuvent être disposés côte à côte ou, de préférence, l'un derrière l'autre, de manière à réduire l'encombrement sous capot. Lorsque les échangeurs sont disposés l'un derrière l'autre, ils peuvent faire partie d'un module d'échange de chaleur comprenant deux ou plus de deux échangeurs possédant des ailettes de refroidissement communes.

En variante et conformément à l'invention, le radiateur principal 18 et le radiateur secondaire 60 peuvent avantageusement faire partie d'un module d'échange de chaleur "multifonction". On désigne par là un module d'échange de chaleur comprenant deux ou plus de deux échangeurs de chaleur superposés de manière à être traversés entièrement ou partiellement par un même flux d'air. Chaque échangeur possède une boite collectrice d'entrée et une boite collectrice de sortie. La boîte collectrice de sortie du premier échangeur de chaleur communique avec la boîte collectrice d'entrée du second échangeur de chaleur par un orifice de passage. Des moyens de vanne permettent d'ouvrir ou de fermer cet orifice de passage en fonction de certains paramètres du système de gestion de l'énergie thermique, comme la température du fluide caloporteur en divers points du circuit. Les moyens de vanne permettent ainsi de mettre en service tout ou partie de la capacité des échangeurs et, par conséquent, de faire varier la capacité de refroidissement des échangeurs, de manière à l'adapter au mieux aux conditions de charge du moteur thermique.

On a représenté sur la Figure 2 une variante, désignée par la référence générale 70, des échangeurs d'équipement du réseau principal 2, et sur la Figure 3 une variante, désignée par la référence générale 72, des échangeurs d'équipement de la boucle secondaire 4 du système de gestion de l'énergie d'un moteur thermique représenté sur la Figure 1. Sur la Figure 1,

l'échangeur 38 de refroidissement des gaz d'échappement est implanté dans le réseau principal. Cette disposition correspond à la disposition classique utilisée dans les circuits de refroidissement actuels. Au contraire, sur les Figures 2 et 3, le refroidisseur de gaz d'échappement 38 est implanté parmi les échangeurs d'équipement (rectangle en traits tiretés 72) de la boucle secondaire 4. Grâce à cette caractéristique, les gaz d'échappement sont encore mieux refroidis, ce qui conduit à réduire encore plus les émissions de polluants.

Avantageusement, le radiateur secondaire 60 est disposé devant le radiateur principal 18, de telle sorte qu'il"voit"l'air en premier. Le radiateur 60 est donc mieux refroidi que le radiateur principal 18 parce que l'air qui pénètre dans ce dernier s'est déjà échauffé en traversant le radiateur secondaire 60. Par suite, la température du fluide caloporteur dans la boucle secondaire 4 est plus basse que la température de ce même fluide de cycle dans le réseau principal 2. La boucle secondaire 4 constitue donc une boucle à basse température et le radiateur 60 un radiateur à basse température. De même, les échangeurs d'équipement 64 et 66 intégrés dans la boucle de refroidissement secondaire 4 constituent des échangeurs à basse température. Inversement, le radiateur principal 18 est un radiateur à haute température, le terme haute devant être entendu relativement à la température du fluide dans la boucle secondaire 4. Le réseau principal 2 constitue un réseau à haute température, et les échangeurs 34, 36 et 38 intégrés dans le réseau principal 2 constituent un groupe d'échangeurs 54 à haute température.

On a représenté sur la Figure 4 le système de gestion de l'énergie thermique des Figures 1 à 3 dans la configuration de démarrage à froid. Il est souhaitable que le moteur thermique 10 atteigne le plus rapidement possible sa température de fonctionnement normal après son démarrage. En effet, le moteur est conçu pour fonctionner à cette température, et notamment

pour polluer moins l'atmosphère. C'est pourquoi le moteur n'est pas refroidi. Il est au contraire réchauffé, lorsque c'est possible, afin d'accélérer encore sa mise en température. Le thermostat ou la vanne thermostatique 30 est fermé. De même, la deuxième voie 70-2 de la vanne 70 est fermée. On délimite ainsi une boucle principale dans le réseau principal 2. Cette boucle comprend la canalisation de moteur thermique 8, la canalisation de chauffage 22 et la partie des conduites 26 et 28 qui relie ces deux canalisations. Dans le cas où le réseau principal comporte un ou plusieurs échangeurs d'équipement, comme schématisé par le rectangle arrondi en traits tiretés 54, la boucle principale comporte encore la branche 32 d'échangeurs d'équipement montée en parallèle à la canalisation de chauffage 22.

Les échangeurs d'équipement schématisés par le rectangle 54 peuvent comprendre, par exemple, les trois échangeurs 34,36 et 38 représentés sur la Figure 1, ou encore les échangeurs 34 et 36 représentés sur la Figure 2. D'autres variantes sont également concevables. Le fluide de cycle caloporteur circule ainsi en circuit fermé. Si le chauffage du véhicule, c'est-àdire l'aérotherme, n'est pas en fonctionnement, la totalité de l'énergie thermique dégagée par le moteur 10 sert au réchauffement du moteur. Si le réseau principal comporte un échangeur de refroidissement de gaz d'échappement 38, la chaleur des gaz d'échappement est, en outre, récupérée pour réchauffer encore davantage la température du fluide de cycle caloporteur et accélérer la mise en température du moteur 10.

Par ailleurs, les voies74-1 et 74-2 de la vanne 74, les voies 70-1 et 70-3 de la vanne 70 et les voies 72-1 et 72-2 de la vanne 72 sont ouvertes (les autres voies étant fermées).

Les moyens d'interconnexion 6 délimitent ainsi une boucle de circulation secondaire qui comprend la canalisation de radiateur et le radiateur principal 18 ou radiateur à haute température, la canalisation de court-circuit 20 et la partie

de la conduite 28 reliant la canalisation de radiateur 16 et la canalisation de court-circuit 20, la canalisation 62 et la canalisation de radiateur secondaire ou radiateur basse température 60. La pompe de circulation électrique 58 fait circuler le fluide de cycle caloporteur dans la boucle secondaire dans le sens des aiguilles d'une montre, comme schématisé par les flèches 59. La boucle secondaire peut comprendre un ou plusieurs échangeurs d'équipement optionnels, comme schématisé par le rectangle représenté en traits tiretés 68. Ces échangeurs peuvent être, par exemple, les échangeurs 64 et 66 représentés sur la Figure 1, ou encore les échangeurs 64, 66 et 38 comme représenté sur la Figure 3. Il peut comprendre également d'autres échangeurs.

Dans cette configuration de démarrage à froid, la capacité de refroidissement du radiateur principal et du radiateur secondaire 60 s'additionnent pour refroidir les équipements du groupe 68. Lorsque le véhicule est équipé d'un système de climatisation, l'efficacité de cette dernière est augmentée grâce à l'efficacité du refroidissement du condenseur de climatisation 64. Si les échangeurs d'équipement 68 comprennent un radiateur de refroidissement de gaz d'échappement 38 (Figure 3), les gaz d'échappement sont mieux refroidis, ce qui conduit à réduire les émissions de polluants.

On a représenté sur la Figure 5 la configuration du système de gestion de l'énergie thermique dans la configuration de fonctionnement normal. Le thermostat 30 assure la régulation de la circulation du fluide de cycle caloporteur autour d'une

température de consigne, par exemple 100'C. Lorsque la température du fluide est inférieure à 100'C, le thermostat 30 est fermé. La deuxième voie de la vanne à quatre voies 70 raccordée à la partie supérieure de la conduite 26 (selon la Figure 5) est également fermée. Le système se trouve donc dans une configuration exactement identique à la configuration de démarrage à froid représentée sur la Figure 4.

Au contraire, lorsque la température du fluide de cycle caloporteur dépasse la valeur de consigne, par exemple 100'C, le thermostat s'ouvre et le fluide chaud sortant du moteur thermique 10 se répartit dans les deux branches de la conduite 26. Une partie du fluide traverse l'aérotherme 24 et les échangeurs d'équipement 54. Une autre partie du fluide caloporteur se dirige par la partie inférieure de la conduite 28 (selon la figure) vers le radiateur principal 18, comme schématisé par la flèche 82. Cette flèche a été représentée en traits tiretés pour indiquer que la circulation est intermittente.

Lorsque le thermostat 30 est ouvert, la deuxième voie 70-2 de la vanne 70 est également ouverte, seule la quatrième voie 70-4 de cette vanne restant fermée. Le flux des deux fluides caloporteurs qui arrive par la canalisation 62 se répartit entre la canalisation de court-circuit 20 et la conduite 26, comme schématisé par les flèches 84 et 86. Le fluide froid qui traverse la canalisation de dérivation se remélange au fluide chaud sortant du moteur pour donner un fluide à température moyenne, donc refroidi. Le radiateur à haute température 18 contribue donc au refroidissement des équipements de la boucle à basse température 2. Une autre partie du fluide, comme schématisé par la flèche 86, est aspirée par la pompe de circulation 12 pour refroidir le moteur thermique 10. Cette fraction du débit est peu importante, de telle sorte que le moteur est peu refroidi. C'est pourquoi cette configuration n'est adaptée qu'à une faible charge du moteur thermique.

On a représenté sur la Figure 6 la configuration du système de gestion de l'énergie thermique correspondant à un fonctionnement critique, c'est-à-dire à une forte charge imposée au moteur 10. Dans cette configuration, la troisième voie 70-3 de la vanne 70 est fermée, tandis que la première voie 70-1, la deuxième voie 70-2 et la quatrième voie 70-4 sont ouvertes. La première voie 72-1 et la deuxième voie 72-2 de la

vanne 72 sont ouvertes et la troisième voie 72-3 est fermée. La première voie 74-1 et la troisième voie 74-3 de la vanne 74 sont ouvertes et la deuxième voie 74-2 est fermée. Etant donné que la charge du moteur thermique est forte, la température du fluide caloporteur est en permanence supérieure à la valeur de consigne et le thermostat 30 est ouvert en permanence. Le fluide caloporteur se répartit dans les deux branches de la conduite 28. Une partie du fluide circule à travers l'aérotherme 24 et les échangeurs du groupe à haute température 54, l'autre partie du fluide traverse le radiateur à haute température 18. Après avoir été refroidi, le fluide retourne dans le moteur par la conduite 26 et la canalisation de moteur thermique 8. La circulation entré la vanne à quatre voies 70 et la vanne à trois voies 74 est interrompue. De même, la circulation entre la vanne à trois voies 72 et la pompe secondaire 58 est interrompue parce que la troisième voie de la vanne 72 est fermée. Le fluide circule donc dans deux boucles entièrement séparées.

Dans la boucle secondaire 4, le fluide caloporteur mis en circulation par la pompe secondaire 58 traverse le radiateur à basse température 60 et, éventuellement, les échangeurs d'équipement à basse température schématisés par le rectangle en traits tiretés 68, si de tels équipements existent. Ainsi, dans cette configuration, le radiateur principal 18 est utilisé exclusivement pour refroidir le réseau principal 2 et le radiateur à basse température 60 est utilisé exclusivement pour refroidir la boucle secondaire 4.

On a représenté sur la Figure 7 la configuration du système de gestion de l'énergie thermique du moteur 10 dans un cas de fonctionnement très critique, c'est-à-dire dans un cas de très forte charge du moteur. Dans cette configuration, le thermostat 30 est bien entendu ouvert en permanence, de telle sorte que le fluide de cycle caloporteur qui quitte le moteur thermique 10 se répartit entre la branche de chauffage 22 dans laquelle se

trouve l'aérotherme 24 et, éventuellement, la branche d'échangeurs d'équipement 32 d'une part, et la partie inférieure (selon la figure) de la conduite 26 reliée à la canalisation de court-circuit 20 et à la canalisation de radiateur 16. Dans cette configuration, la première voie de la vanne à quatre voies 70 reliée à la canalisation de courtcircuit 20 est fermée. Toutes les autres voies de la vanne à quatre voies 70, à savoir les deuxième, troisième et quatrième voies sont ouvertes, les trois voies de la première vanne 72 et les trois voies de la deuxième vanne à trois voies 74 sont également toutes ouvertes.

Le radiateur à basse température secondaire 60 assure le refroidissement des équipements à basse température de la boucle secondaire 4 (rectangle en traits tiretés 68).

Toutefois, une partie du fluide ayant traversé les échangeurs d'équipement, par exemple le condenseur de climatisation 64 et le radiateur d'air de suralimentation 66, est acheminée par la canalisation 76, puis la conduite 26 vers le moteur thermique 10. Cette fraction du fluide relativement froid contribue au refroidissement du moteur. Inversement, une partie du fluide refroidi après sa traversée du radiateur à haute température 18 est acheminée par la canalisation 56 vers le radiateur à basse température 60 dans lequel elle se refroidit encore davantage.

Ainsi, dans cette configuration, la priorité est donnée au refroidissement du moteur. Le radiateur principal à haute température 18 est utilisé exclusivement pour le refroidissement du moteur, tandis que le radiateur secondaire à basse température 60 sert à la fois au refroidissement des équipements de la boucle secondaire à basse température et, complémentairement, au refroidissement du moteur thermique 10.

Cette configuration est particulièrement avantageuse si le radiateur principal à haute température 18 n'est dimensionné pour dissiper, au maximum, qu'une partie de la puissance thermique maximale rejetée dans l'eau par le moteur, par

exemple 80%. Pendant le fonctionnement normal ou le fonctionnement à forte charge du moteur, le radiateur principal suffit pour assurer le refroidissement. En revanche, en cas de très forte charge du moteur, le radiateur à basse température assure un complément de refroidissement qui permet d'évacuer la totalité de la puissance thermique dégagée par le moteur. Le radiateur 18 à haute température peut être ainsi plus petit et moins coûteux. Son encombrement sous le capot du véhicule est diminué. D'autre part, le radiateur secondaire à basse température peut être dimensionné plus généreusement, ce qui améliore les performances de refroidissement des échangeurs du groupe à basse température 68, en particulier du condenseur de climatisation.

Claims

Revendications 1. Système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un réseau principal (2) équipé d'une pompe principale (12) pour faire circuler un fluide caloporteur entre le moteur thermique (10) et un radiateur de refroidissement principal (18) échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, le réseau principal (2) comprenant, en outre, une canalisation de courtcircuit (20) et une canalisation de chauffage (22) comportant un aérotherme (24), et une boucle secondaire (4) incluant un radiateur secondaire (60) et une pompe secondaire (58), caractérisé en ce que le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4) sont reliés par des moyens d'interconnexion (6) qui permettent de faire circuler de manière contrôlée le fluide caloporteur entre le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4) ou d'interdire cette circulation en fonction de l'état de charge du moteur thermique (10).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule automobile comporte un ou plusieurs équipements en relation d'échange thermique avec le milieu qui leur est extérieur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur d'équipement (34,36, 38,64, 66), le ou les échangeurs de chaleur d'équipement étant intégrés au réseau principal (2) et/ou à la boucle secondaire (4), chaque échangeur de chaleur étant en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'interconnexion (6) sont aptes à constituer une configuration de démarrage à froid comprenant une boucle principale de démarrage à froid et une boucle secondaire de démarrage à froid isolées l'une de l'autre, le radiateur principal (18) et le radiateur secondaire (60) étant intégrés à la boucle secondaire de démarrage à froid ; et une

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configuration de fonctionnement normal dans laquelle la circulation du fluide caloporteur s'effectue par intermittence entre la boucle principale de démarrage à froid et la boucle secondaire de démarrage à froid en fonction de l'état de charge du moteur thermique.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne thermostatique (30) disposée sur la boucle principale de démarrage à froid, une circulation de fluide caloporteur s'effectuant entre la boucle principale de démarrage à froid et la boucle secondaire de démarrage à froid en fonction de l'état ouvert ou fermé de la vanne thermostatique (30).
5. Système selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens d'interconnexion (6) sont, en outre, aptes à réaliser une configuration de forte charge dans laquelle le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4) sont isolés l'un de l'autre, le radiateur principal (18) servant exclusivement au refroidissement du réseau principal (2) et le radiateur secondaire (60) servant exclusivement au refroidissement de la boucle secondaire (4).
6. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'interconnexion sont, en outre, aptes à réaliser une configuration de très forte charge dans laquelle une circulation de fluide caloporteur s'effectue entre le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4), la capacité de refroidissement du radiateur secondaire (60) étant utilisée pour refroidir simultanément la boucle secondaire (4) et le moteur thermique (10).
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réseau principal (2) comprend une canalisation de moteur (8) sur laquelle sont montés la pompe principale (12) et le moteur thermique (10), une canalisation de chauffage (22)

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sur laquelle est monté l'aérotherme (24), une canalisation de radiateur principal (16) sur laquelle est monté le radiateur principal (18) et une canalisation de court-circuit (20), la canalisation de moteur (8), la canalisation de chauffage (22), la canalisation de radiateur principal (16) et la canalisation de court-circuit étant montées en parallèle.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la canalisation de moteur (8), la canalisation de chauffage (22), la canalisation de radiateur principal (16) et la canalisation de court-circuit sont montées en parallèle entre une conduite (26) et une autre conduite (28).
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un thermostat (30) est placé entre la canalisation de moteur (8) et l'autre conduite (28).
10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la boucle secondaire (4) comprend une canalisation de radiateur secondaire (56) sur laquelle sont montés le radiateur secondaire (60) et une pompe de circulation secondaire (58), et une canalisation (62).
11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'interconnexion comprennent une vanne à quatre voies (70) et une première et une seconde vanne à trois voies (72,74), la vanne à quatre voies (70) et la première vanne à trois voies (72) étant intégrées au réseau principal (2), la seconde vanne à trois voies (74) étant intégrée à la boucle secondaire (4).
12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le radiateur principal (18) et/ou le radiateur secondaire (60) font partie d'un module d'échange comprenant un premier échangeur de chaleur (18) et un second échangeur de chaleur (60) ayant chacun une boîte collectrice d'entrée et une

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boîte collectrice de sortie, le premier et le second échangeur de chaleur (18,60) étant superposés de manière à être traversés par un même flux d'air, la boite collectrice de sortie du premier échangeur de chaleur (18) communiquant avec la boîte collectrice d'entrée du second échangeur de chaleur (60) par un orifice dé passage, des moyens de vanne permettant d'ouvrir ou de fermer l'orifice de passage.
13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le réseau principal (2) et la boucle secondaire (4) comportent chacun un vase d'expansion.
14. Système de vannes pour réaliser l'interconnexion d'un réseau principal (2) équipé d'une pompe principale (12) pour faire circuler un fluide de cycle caloporteur entre le moteur thermique (10) et un radiateur de refroidissement principal (18) échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, et d'une boucle secondaire (2) incluant un radiateur secondaire (60) et une pompe secondaire (58), caractérisé en ce qu'il comporte une vanne à quatre voies (70) et une première et une seconde vanne à trois voies (72,74), la vanne à quatre voies (70) et la première vanne à trois voies (72) étant intégrées au réseau principal (2), la seconde vanne à trois voies (74) étant intégrée à la boucle secondaire.