FR2842248A1 - Circuit d'echanges thermiques pour un vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

L'invention propose un circuit (10) d'échanges thermiques pour un véhicule automobile, du type qui comporte au moins une première branche (12) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un moteur (14) thermique du véhicule, une deuxième branche (16) )de circulation de fluide caloporteur au sein d'un radiateur (18) de refroidissement du véhicule, et une troisième branche (20) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur (22) aérotherme du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une quatrième branche (38) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur (40) thermique destiné à assurer des échanges thermiques entre l'huile du moteur et le fluide caloporteur, et une cinquième branche (42) de circulation de fluide caloporteur au sein d'une source (44) de chaleur indépendante du moteur, notamment une source de récupération de chaleur.

Description

"Circuit d'échanges thermiques pour un véhicule automobile" L'invention
concerne un circuit d'échanges thermiques pour
un véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'échanges thermiques pour un véhicule automobile, du type qui comporte des branches de circulation de fluide caloporteur, chaque branche étant associée à un organe du véhicule muni d'une entrée et d'une sortie de fluide caloporteur, du type dans lequel les branches sont susceptibles d'être connectées les unes -aux autres en parallèle, et du type dans lequel les branches comportent au moins: - une première branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'un moteur thermique du véhicule, - une deuxième branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'un radiateur de refroidissement du véhicule, - une troisième branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur aérotherme du véhicule, du type dans lequel une première vanne à trois voies est susceptible de connecter ou d'isoler la deuxième branche de circulation du reste du circuit, et du type dans lequel le circuit comporte au moins une pompe destinée à pomper le fluide
caloporteur au travers du circuit.
On connaît de nombreux exemples de circuit d'échanges
thermiques de ce type.
De manière connue, dans un véhicule, un circuit d'échanges thermiques, plus connu sous le nom de "circuit de refroidissement", est destiné à assurer le refroidissement du moteur en évacuant les calories du blocmoteur par l'intermédiaire d'un radiateur de refroidissement, et à échanger des calories avec
3o l'habitacle pour en assurer le chauffage ou la climatisation.
Les circuits utilisés à l'heure actuelle sont de conception relativement simple. D'une manière générale, le pompage du fluide caloporteur est assuré par une pompe unique qui ne tourne que lorsque le moteur est en marche. Une unique vanne, en l'occurrence un thermostat à deux ou à trois voies régule le débit de fluide caloporteur au travers du radiateur de refroidissement du véhicule en fonction de la température locale du fluide
caloporteur dans lequel baigne le thermostat.
De manière connue, un tel circuit peut comporter des branches de circulation supplémentaires, comportant par exemple un radiateur d'huile de boîte, un radiateur d'huile moteur, ou un échangeur pour un circuit de recirculation des gaz d'échapperment. Ces branches supplémentaires sont généralement -agencées dans la troisième branche qui comporte l'échangeur
aérotherme ou dans une branche spécifique reliée au thermostat.
La circulation de fluide caloporteur est prédéterminée lors de la conception du moteur, en particulier pour refroidir au mieux l'ensemble du moteur lorsque celui-ci est soumis à des charges élevées, sans toutefois chercher à créer une différence entre les
différentes parties du moteur.
Or, l'amélioration du rendement des moteurs thermiques actuels tend à diminuer la puissance thermique issue du fluide caloporteur qui est disponible tant pour réchauffer le moteur lors d'un démarrage à froid que pour assurer le chauffage de l'habitacle. Ce dernier inconvénient se trouve encore accentué par le fait que certains véhicules actuels, de type monospace, qui présentent de grands volumes intérieurs, ont des besoins en chauffage accrus et que, plus généralement, les constructeurs automobiles tendent à proposer des véhicules pour lesquels le temps d'obtention d'une température confortable à l'intérieur de
l'habitacle doit être aussi réduit que possible.
Les solutions actuelles au problème de chauffage de l'habitacle mettent en oeuvre une source de chaleur additionnelle qui peut agir soit directement sur l'air envoyé dans l'habitacle, par exemple au moyen de résistances électriques implantées dans l'appareil de chauffage/ventilation qui comporte l'échangeur aérotherme, soit indirectement en agissant sur fluide caloporteur, par exemple au moyen d'un système de récupération de chaleur tel qu'une pompe à chaleur, ou au moyen d'un thermoplongeur
immergé dans le fluide caloporteur.
Dans ce dernier cas, l'ajout d'une source de chaleur destinée à échauffer le fluide caloporteur est d'une efficacité relative car elle est limitée par l'absorption par le bloc moteur,
plus froid, d'une partie des calories.
Par ailleurs, la tendance actuelle en termes d'optimisation -du fonctionnement des moteurs thermique et de réduction de la 1o consommation de ceux-ci conduit les constructeurs automobiles à envisager un système de gestion différenciée des températures
d'huile et de fluide caloporteur du moteur.
Ainsi, un tel système doit permettre des gains en consommation de carburant en optimisant sélectivement la lubrification des différentes zones du moteur telles que la distribution ou le bas moteur. Chaque système de lubrification étant alimenté avec de l'huile à la température optimale, les frottements internes audit système de lubrification s'en trouvent réduits. Ainsi, selon le mode de fonctionnement du moteur, la température de lubrifiant peut être ajustée, et de même la température du fluide caloporteur peut être optimisée sélectivement pour permettre au moteur de fonctionner au mieux
en fonction du mode de combustion utilisé.
L'invention permet de remédier aux inconvénients et de satisfaire aux critères d'optimisation précédemment évoqués en proposant un circuit d'échanges thermiques qui assure une gestion différenciée des températures d'huile et de fluide
caloporteur au sein du véhicule.
Dans ce but, l'invention propose un circuit d'échanges thermiques du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une quatrième branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur thermique destiné à assurer des échanges thermiques entre l'huile du moteur et le fluide caloporteur, et une cinquième branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'une source de chaleur indépendante du moteur, notamment une source de récupération de chaleur, les quatrième et cinquième branches étant susceptibles d'être connectées ou isolées sélectivement du reste du circuit. Selon d'autres caractéristiques de l'invention:
- les branches ont au moins une entrée/sortie en commun.
- la première vanne à trois voies est une vanne thermostatique pilotée qui est connectée: * par une voie d'entrée, à la première branche, * par une première voie de sortie, à l'entrée/sortie de la deuxième branche qui est commune aux autres entrées/sorties, et * par une seconde voie de sortie, en série avec l'entrée/sortie opposée de la deuxième branche, et en ce qu'il comporte une deuxième vanne constituée d'une électrovanne à trois voies qui est connectée: * par une première voie d'entrée, en série avec la cinquième branche, * par une seconde voie d'entrée, entre la première branche et la voie d'entrée de la première vanne, ò par une voie de sortie, en série avec une première voie d'entrée d'une troisième vanne d'aiguillage constituée d'une électrovanne à quatre voies qui est connectée: + par une seconde voie d'entrée, entre la première branche et la seconde voie d'entrée de la deuxième vanne, + par une première voie de sortie, en série avec la troisième branche, + par une seconde voie de sortie, en série avec la
quatrième branche.
- une seconde pompe est interposée entre la voie de sortie de la deuxième vanne et la première voie d'entrée de la troisième vanne d'aiguillage et elle est susceptible de fonctionner suivant un premier mode d'interruption, suivant un deuxième mode de pompage normal, ou suivant un troisième mode de pompage accéléré, - la deuxième vanne est susceptible de fonctionner suivant trois modes, un premier mode dans lequel la première voie d'entrée est seule reliée à la voie de sortie, un deuxième mode io dans lequel la seconde voie d'entrée est seule reliée à la voie de sortie, un troisième mode dans lequel les première et seconde
voies d'entrée sont reliées à la voie de sortie.
- la troisième vanne d'aiguillage est une électrovanne de type inverseuse qui est susceptible de fonctionner suivant deux is modes: un premier mode dans lequel la première voie d'entrée est reliée à la première voie de sortie et dans lequel la seconde voie d'entrée est reliée à la seconde voie de sortie, * un second mode dans lequel la première voie d'entrée est reliée à la seconde voie de sortie et dans lequel la seconde voie d'entrée est reliée à la première voie de sortie, - le circuit comporte une unité centrale de commande du circuit qui pilote le fonctionnement de la deuxième vanne, de la troisième vanne d'aiguillage et de la seconde pompe, notamment en fonction d'une valeur représentative d'un état thermique chaud
ou froid du moteur fournie par un capteur.
- des zones internes et externes de circulation d'huile au sein du moteur thermique comportent des moyens d'isolation, notamment des revêtements à base de matériau polymère ou des couches d'oxyde, pour limiter les échanges thermiques avec le moteur. - la première branche comporte: * une première sous-branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'une culasse du moteur thermique, a une seconde sous-branche de circulation de fluide caloporteur au sein d'un bas-moteur du moteur thermique, agencée en parallèle de la première sous-branche, une première pompe reliée en série avec les première et seconde sous-branches, et 10. une deuxième vanne thermostatique à deux voies, reliée en série uniquement avec la deuxième sousbranche, L'invention concerne aussi un procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit d'échanges tel que décrit
is précédemment.
Selon des caractéristiques du procédé - le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur au cours de laquelle: * la deuxième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, la troisième électrovanne fonctionne suivant son second mode, a la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle: la deuxième électrovanne fonctionne suivant son troisième mode, * la troisième électrovanne fonctionne suivant son second mode, * la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur au cours de laquelle, le moteur montant en température: * la deuxième électrovanne fonctionne premier mode, * la troisième électrovanne fonctionne premier mode, la seconde pompe fonctionne suivant mode, suivant son suivant son son premier - le procédé comporte au moins une étape dite de refroidissement de l'huile moteur à charge constante au cours de laquelle, le moteur étant chaud: la deuxième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, la troisième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, * la seconde pompe fonctionne suivant son premier mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de refroidissement de l'huile moteur en forte charge au cours de laquelle la deuxième électrovanne fonctionne suivant son deuxième mode, la troisième électrovanne fonctionne suivant son second mode, la seconde pompe fonctionne suivant son troisième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de refroidissement du moteur après arrêt au cours de laquelle: * la deuxième électrovanne fonctionne suivant son deuxième mode, la troisième électrovanne fonctionne indifféremment suivant son premier ou son second mode, * la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode. - le procédé comporte au moins une étape dite de conditionnement de l'échangeur aérotherme au cours de laquelle: la deuxième électrovanne fonctionne suivant son deuxième mode, - la troisième- électrovanne fonctionne suivant son premier mode, la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur au cours de laquelle la deuxième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, * la troisième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, * la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle: * la deuxième électrovanne fonctionne suivant son troisième mode, la troisième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, ò la seconde pompe fonctionne suivant son deuxième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur en charge et par la source de chaleur au cours de laquelle, le moteur étant réchauffé: la deuxième électrovanne fonctionne suivant son troisième mode, la troisième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, 5. la seconde pompe fonctionne suivant son troisième mode, - le procédé comporte au moins une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur et de refroidissement de l'huile au cours de laquelle, le moteur étant chaud: la deuxième électrovanne fonctionne suivant son troisième mode, * la troisième électrovanne fonctionne suivant son premier mode, * la seconde pompe fonctionne suivant son troisième
mode.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la
compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit d'échanges thermiques selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de réchauffage de l'huile du moteur par la source de chaleur, - la figure 3 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de réchauffage de l'huile du moteur par la source de chaleur et par le moteur, - la figure 4 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de réchauffage de l'huile du moteur lorsque le moteur est monté en température ou bien lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de refroidissement de l'huile moteur à charge constante intermédiaire, - la figure 5 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de refroidissement de l'huile du moteur en forte charge, - la figure 6 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de refroidissement de l'huile moteur après arrêt, - la figure 7 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de conditionnement de l'échangeur aérotherme, - la figure 8 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale is selon l'étape de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur, - la figure 9 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur et par le moteur, - la figure 10 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 représenté lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de chauffage de l'habitacle et de l'huile moteur par le moteur et par la source de chaleur lorsque le moteur est froid ou bien lors du fonctionnement de l'unité centrale selon l'étape de réchauffage de l'habitacle par le moteur et de refroidissement de
l'huile lorsque le moteur est chaud.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence
identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions
similaires.
On a représenté à la figure 1 un circuit 10 d'échanges thermiques pour un véhicule automobile (non représenté) réalisé
conformément à l'invention.
Il De manière connue, le circuit 10 comporte des branches de circulation de fluide caloporteur, chaque branche étant associée à un organe du véhicule qui est muni d'une unique voie d'entrée et d'une unique voie de sortie de fluide caloporteur. Les branches sont susceptibles d'être connectées les unes aux autres en parallèle, et elles comportent au moins une première branche 12 de circulation de fluide caloporteur au sein d'un moteur thermique 14 du véhicule, une deuxième branche 16 de circulation de fluide caloporteur au sein d'un radiateur 18 de io refroidissement du véhicule, et une troisième branche 20 de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur 22
aérotherme du véhicule.
Ainsi, de manière connue, la première branche 12 qui comporte le moteur 14 et qui est munie d'une unique voie d'entrée 11 et d'une unique voie de sortie 13, la deuxième branche 16 qui comporte le radiateur 18 et qui est munie d'une unique voie d'entrée 15 et d'une unique voie de sortie 17, et la troisième branche 20 qui comporte l'échangeur aérotherme 22 et qui est munie d'une unique voie d'entrée 19 et d'une unique voie de
sortie 21, sont montées en parallèle les unes aux autres.
Le détail des voies d'entrée et des voies de sortie des organes des différentes branches parallèles du circuit d'échanges thermiques ne faisant pas l'objet de l'invention, il n'en sera pas fait plus explicitement état dans la suite de la présente
description.
De manière connue, une première vanne 24 à trois voies est susceptible de connecter ou d'isoler la deuxième branche 16 de circulation du reste du circuit 10. Comme on le verra ultérieurement plus en détail, la première vanne 24 est susceptible de former un dispositif dit de "bypass" qui est destiné à dévier le fluide caloporteur de la deuxième branche 16. Cette configuration permet par exemple de favoriser l'échauffement du fluide caloporteur lors d'un démarrage du véhicule à froid, d'une part, en évitant que ne se produisent des échanges thermiques dans le radiateur 18 de refroidissement du véhicule et, d'autre part, en réduisant le volume total de fluide caloporteur du circuit
d'échanges thermiques, le radiateur 18 étant isolé.
Par ailleurs, de manière connue, le circuit 10 comporte au moins une pompe 26 qui est destinée à pomper le fluide
caloporteur au travers du circuit 10.
De manière connue, la première branche 12 comporte une première sousbranche 28 de circulation de fluide caloporteur au seirid'une culasse 30 du moteur 14 thermique, une seconde sousio branche 32 de circulation de fluide caloporteur au sein d'un basmoteur 34 du moteur 14 thermique, agencée en parallèle de la première sous-branche 28, une première pompe 26 reliée en série avec les première et seconde sous-branches 28, 32, et une deuxième vanne 36 thermostatique à deux voies, reliée en série
uniquement avec la deuxième sous-branche 32.
Cette configuration est particulièrement avantageuse, car elle permet d'établir un débit différencié de fluide caloporteur au sein du moteur 14. Le fluide caloporteur est en effet susceptible de circuler dans la culasse 30 avec un débit différent de celui du bas moteur 34, la vanne thermostatique 36 permettant de réguler le débit de fluide dans le basmoteur 34 par rapport à la culasse 30. Les moyens internes de circulation d'huile au sein du moteur présentent aussi des caractéristiques particulières. Des zones internes et externes (non représentées) de circulation d'huile au sein du moteur thermique comportent des moyens d'isolation, notamment des revêtements à base de matériau polymère ou des couches d'oxyde, pour limiter les échanges thermiques avec le moteur et avec le fluide caloporteur par
conduction à l'intérieur du matériau du moteur.
Conformément à l'invention, le circuit 10 comporte au moins une quatrième branche 38 de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur 40 thermique destiné à assurer des échanges thermiques entre l'huile du moteur 14 et le fluide caloporteur, et une cinquième branche 42 de circulation de fluide caloporteur au sein d'une source 44 de chaleur, notamment une source de récupération de chaleur. Ces quatrième et cinquième branches 38, 42 sont susceptibles d'être sélectivement connectées ou isolées du reste du circuit 10, notamment en formant une boucle dite "courte" comme on le verra ultérieurement, pour satisfaire aux besoins thermiques du véhicule. En particulier, l'échangeur 40 thermique destiné à assurer des échanges thermiques entre l'huile du moteur 14 et le fluide caloporteur est de préférence dimensionné pour évacuer l'essentiel de la puissance thermique apportée par le moteur à l'huile, notamment pour assurer le refroidissement de l'huile lorsque le moteur est soumis à des fortes charges. Si le carter d'huile du moteur est en fonte, cet échangeur 40 peut y être intégré, ce qui permet de minimiser le nombre de pièces rapportées et donc de réduire les cots de fabrication d'un moteur
équipé d'un tel échangeur.
Dans cette configuration, la capacité de fluide caloporteur des première et seconde sous-branches 28 et 32 du moteur est de préférence réduite pour permettre de favoriser la vitesse de montée en température du moteur 14. Le moteur 14 constitue
ainsi un élément de moindre inertie thermique.
Cette configuration peut être optimisée de manière connue pour favoriser le fonctionnement du moteur. Ainsi, la circulation de fluide caloporteur dans la culasse 30 de la première sousbranche 28 est de préférence conçue avec un sens de circulation déterminé. Par exemple, le fluide caloporteur, en provenance de l'entrée de la première sous-branche 28 circule d'abord du côté 3o des tubulures d'admission du moteur pour limiter l'échauffement de l'air d'admission, ce qui permet de favoriser le remplissage des chambres de combustion. Dans un même esprit, le fluide caloporteur circule du côté des tubulures d'échappement avant de sortir de la première sous-branche 28 pour évacuer le plus de calories possible hors du moteur 14 et en fournir ainsi le plus
possible au circuit 10.
Par ailleurs, la source 44 de récupération de chaleur peut être constituée d'un échangeur de chaleur qui est placé sur une ligne d'échappement du véhicule et qui est destiné à récupérer de la chaleur sans provoquer de surconsommation de carburant du moteur. Cet échangeur peut aussi, au moyen d'un jeu de vannes créant une contre-pression aux gaz d'échappement, produire une puissance thermique plus importante sur commande. Ce même 1o échangeur de chaleur peut également servir à réguler la température des gaz d'échappement suivant une valeur optimale destinée à augmenter la longévité des dispositifs de dépollution
agencés sur la ligne d'échappement.
La source 44 de chaleur peut aussi être constituée d'un dispositif dit de "frein-chaudière" dont le principe est de convertir une puissance mécanique de freinage en chaleur transmise au fluide caloporteur. Plusieurs moyens sont utilisables pour réaliser un tel "frein-chaudière": Il peut s'agir d'un frein à poudre magnétique, ou d'un frein comportant un fluide ferromagnétique, qui sont chacun pilotés par un champ magnétique réglable, d'un visco-frein utilisant la striction de l'huile, ou encore d'un frein à hystérésis magnétique piloté par un champ magnétique réglable ou frein à induction par courants de Foucault, ces deux derniers types de freins présentant l'avantage de contenir moins de pièces
soumises à l'usure.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme représenté à la figure 1, les branches 12, 16, 20, 38, 42 ont au moins une voie d'entrée/sortie en commun. Plus particulièrement, les branches 20, 38, 42 sont reliées en commun avec la sortie 15 de la branche 16 et avec l'entrée 11 de la branche 12. Cette configuration permet de proposer un circuit 10 de conception parallèle simplifiée, dans lequel toutes les vannes sont reliées aux branches sur leurs voies d'entrée/sortie opposées à la voie
d'entrée/sortie commune.
Par ailleurs, la première vanne 24 à trois voies est une vanne thermostatique pilotée qui est connectée: - par une voie d'entrée 46, à la première branche 12, - par une première voie 48 de sortie à la voie d'entrée/sortie 17 de la deuxième branche 16 qui est commune aux autres entrées/sorties, et - par une seconde voie 50 de sortie, en série avec la voie
d'entrée/sortie 15 opposée de la deuxième branche 16.
De la sorte, la première vanne 24 est susceptible d'isoler 1o partiellement ou en totalité la deuxième branche 16 de la circulation du fluide caloporteur en établissant une communication
entre sa voie d'entrée 46 et sa première voie de sortie 48.
Le circuit 10 d'échanges thermiques comportes d'autres vannes qui sont destinées à connecter sélectivement les troisième, quatrième et cinquième branches 20, 38, 42 en fonction
des configurations d'utilisation du véhicule.
A cet effet, le circuit 10 comporte une deuxième vanne 52 qui est constituée d'une électrovanne à trois voies qui est connectée: - par une première voie d'entrée 54, en série avec la cinquième branche 42, - par une seconde voie d'entrée 56, entre la première branche 12 et la voie d'entrée 46 de la première vanne 24, - par une voie de sortie 58, en série avec une première voie d'entrée 60 d'une troisième vanne 62 constituée d'une électrovanne à quatre voies qui est connectée: - par une seconde voie d'entrée 64, entre la première branche 12 et la seconde voie d'entrée 56 de la deuxième vanne, - par une première voie de sortie 66, en série avec la troisième branche 20, - par une seconde voie 68 de sortie, en série avec la
quatrième branche 38.
De plus, une seconde pompe 70 est interposée entre la voie de sortie 58 de la deuxième vanne 52 et la première voie
d'entrée 60 de la troisième vanne 62.
De préférence, la deuxième électrovanne 52, la deuxième pompe 70 et la troisième électrovanne 62 pourront être
regroupées en un composant unique monobloc.
Dans la configuration précédemment décrite, la seconde pompe 70 est susceptible de fonctionner suivant un premier mode d'interruption, suivant un deuxième mode de pompage normal, ou
io suivant un troisième mode de pompage accéléré.
Par ailleurs, la deuxième vanne 52 est susceptible de fonctionner suivant trois modes: - un premier mode dans lequel la première voie d'entrée 54 est seule reliée à la voie 58 de sortie, - un deuxième mode dans lequel la seconde voie d'entrée 56 est seule reliée à la voie 58 de sortie, - un troisième mode dans lequel les première et seconde
voies d'entrée 54, 58 sont reliées à la voie 58 de sortie.
La troisième vanne, quant à elle, est une électrovanne de type inverseuse qui est susceptible de fonctionner suivant deux modes: - un premier mode dans lequel la première voie d'entrée 60 est reliée à la première voie 66 de sortie et dans lequel la seconde voie 64 d'entrée est reliée à la seconde voie 68 de sortie, - un second mode dans lequel la première voie 60 d'entrée est reliée à la seconde voie 68 de sortie et dans lequel la seconde voie 64 d'entrée est reliée à la première voie 66 de sortie. Le circuit 10 comporte au moins des moyens de commande des vannes 52, 62 et de la seconde pompe 70. A cet effet, il comporte une unité centrale de commande du circuit (non représentée) qui pilote le fonctionnement de la deuxième vanne 52, de la troisième vanne 62, et de la pompe 70 notammenten fonction d'une valeur représentative d'un état thermique chaud ou
froid du moteur fournie par un capteur (non représenté).
Tout type de capteur approprié peut être approprié à cet effet. Il peut s'agir d'un capteur immergé dans l'huile du carter du moteur, dans un conduit de liquide de refroidissement du moteur, ou en contact direct avec le matériau du bloc moteur. Le capteur peut notamment détecter des états intermédiaires entre les états chaud et froid du moteur, correspondant notamment à des phases
de réchauffement ou de refroidissement du moteur.
Dans cette configuration, l'unité centrale est susceptible de fonctionner suivant un procédé comportant plusieurs étapes adaptées chacune à une configuration différente d'utilisation du véhicule, chaque étape comportant l'activation sélective de la deuxième électrovanne 52, de la troisième électrovanne 62, et de is la seconde pompe 70 selon leurs modes de fonctionnement qui
ont été décrits précédemment.
Comme l'illustre la figure 2, le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son premier mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son second mode, et la seconde pompe 70
fonctionne suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, la quatrième branche 38 et la cinquième branche 42 forment une boucle dite "courte" qui est sensiblement isolée et qui permet le transfert des calories récupérées par la source 44 de récupération de chaleur à l'échangeur thermique 40 entre l'huile du moteur et le fluide
caopo rteu r.
Comme l'illustre la figure 3, le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son troisième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son second mode, et
la seconde pompe 70 fonctionne suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, l'échangeur thermique 40 de la quatrième branche 38 est alimenté en calories par le fluide caloporteur issu de la première branche 12 du moteur et par la source 44 de récupération de chaleur. La boucle "courte" formée quatrième branche 38 et la cinquième branche 42 n'est plus isolée. Comme l'illustre la figure 4, le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'huile moteur au cours de laquelle, le moteur montant en température, la deuxième 1o électrovanne 52 fonctionne suivant son premier mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son premier mode, et la seconde pompe 70 fonctionne suivant son premier mode. La quatrième branche 38 et la cinquième branche 42 ne forment plus
de boucle.
1 5 Dans cette configuration, la seconde pompe 70 étant arrêtée, l'échangeur thermique 40 de la quatrième branche 38 est
alimenté en calories par la première branche 12.
La configuration de la figure 4 est aussi susceptible d'être utilisée au cours d'au moins une étape dite de refroidissement de
l'huile moteur à charge constante intermédiaire.
Dans cette configuration, la seconde pompe 70 étant arrêtée, l'échangeur thermique 40 de la quatrième branche 38 évacue les calories contenues dans l'huile moteur dans le circuit , à l'exclusion des troisième et cinquième branches 20, 42, et le circuit 10 évacue à son tour les calories dans la deuxième branche 16 associée au radiateur 18 de refroidissement du véhicule. Comme l'illustre la figure 5, le procédé comporte au moins une étape dite de refroidissement de l'huile moteur en forte charge au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son deuxième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son second mode, la seconde pompe 70
fonctionne suivant son troisième mode.
Dans cette configuration, la seconde pompe 70 étant en mode de pompage accéléré, l'échangeur thermique 40 de la quatrième branche 38 évacue rapidement les calories contenues dans l'huile moteur dans une partie plus étendue, soit l'ensemble du circuit 10, à l'exclusion de la cinquième branche 42, et le circuit 10 évacue à son tour les calories dans la deuxième branche 16 associée au radiateur 18 de refroidissement du véhicule. -.- Comme l'illustre la figure 6, le procédé comporte au moins io une étape dite de refroidissement du moteur après arrêt, ou étape dite de percolation, au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son deuxième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne indifféremment suivant son premier ou son second mode, et la seconde pompe 70 fonctionne
suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, la seconde pompe 70 étant en mode de pompage normal, l'échangeur thermique 40 de la quatrième branche 38 évacue les calories contenues dans le moteur dans une partie étendue de l'ensemble du circuit 10 qui correspond sensiblement à l'étape précédente, toujours à l'exclusion de la cinquième branche 42, les calories étant ensuite
évacuées par la radiateur 18.
Comme l'illustre la figure 7, le procédé comporte au moins une étape dite de conditionnement de l'échangeur aérotherme 22 au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son deuxième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son premier mode, et la seconde pompe 70
fonctionne suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, la seconde pompe 70 est utilisée pour induire un grand débit de fluide caloporteur uniquement au travers de l'échangeur aérotherme 22 de la troisième branche 20, ce qui permet d'apporter les calories présentes dans le circuit 10, et principalement dans le moteur 14 à l'échangeur aérotherme 22 pour des usages divers. Il peut s'agir d'apporter des calories à l'échangeur aérotherme 22 pour assurer le chauffage de l'habitacle, mais aussi pour régénérer un filtre à odeur à charbon actif incorporé à l'échangeur 22, ceci alors même que le moteur
14 est arrêté.
Comme l'illustre la figure 8, le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son premier mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son premier mode, et la seconde pompe 70
io fonctionne suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, la source 44 de récupération de chaleur de la cinquième branche 42 fournit des calories à la seconde pompe 70 qui les restitue uniquement au travers de l'échangeur aérotherme 22 de la troisième branche 20, ce qui is permet d'apporter des calories à l'habitacle du véhicule alors que
le moteur est trop froid pour le faire.
Comme l'illustre la figure 9, le procédé comporte au moins une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son troisième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son premier mode,
la seconde pompe 70 fonctionne suivant son deuxième mode.
Dans cette configuration, la première branche 12 et la source 44 de récupération de chaleur de la cinquième branche 42 fournissent des calories à la seconde pompe 70 qui les restitue uniquement au travers de l'échangeur aérotherme 22 de la troisième branche 20, ce qui permet, par rapport à l'étape
précédente, d'apporter plus de calories à l'habitacle du véhicule.
Comme l'illustre la figure 10, le procédé comporte au 3o moins une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur et par la source de chaleur au cours de laquelle, le moteur étant réchauffé, la deuxième électrovanne 52 fonctionne suivant son troisième mode, la troisième électrovanne 62 fonctionne suivant son premier mode, la seconde pompe 70 fonctionne suivant son
troisième mode.
La différence avec la configuration précédente est que, du fait que la seconde pompe 70 fonctionne suivant son troisième mode, c'est à dire en mode forcé, la source 44 de chaleur fonctionne en mode forcé, récupérant ainsi gratuitement et sporadiquement l'énergie de récupération, par exemple lors de
freinages sporadiques.
Cette configuration trouve aussi à s'appliquer au cours io d'une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur et de refroidissement de l'huile au cours de laquelle, le moteur étant chaud, l'échangeur thermique 38 de la quatrième branche 40 fournit des calories au circuit 10, qui sont ainsi réinjectées en amont de la seconde entrée 56 de la seconde vanne 52, ce qui a pour effet d'augmenter l'apport de calories fournies à l'échangeur
aérotherme 22 de la troisième branche 20.
L'invention propose donc un circuit 10 d'échanges thermiques permettant d'utiliser au mieux les possibilités des différents organes de circulation d'un fluide caloporteur de
véhicule automobile.

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Circuit (10) d'échanges thermiques pour un véhicule automobile, du type qui comporte des branches de circulation de fluide caloporteur, chaque branche étant associée à un organe du véhicule muni d'une unique voie d'entrée et d'une unique voie de sortie de fluide caloporteur, du type dans lequel les branches sont susceptibles d'être connectées les unes aux autres en parallèle, et du type dans lequel les branches comportent au moins - une première branche (12) de circulation de fluide o -caloporteur au sein d'un moteur (14) thermique du véhicule, - une deuxième branche (16) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un radiateur (18) de refroidissement du véhicule, - une troisième branche (20) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur (22) aérotherme du véhicule, du type dans lequel une première vanne (24) à trois voies est susceptible de connecter ou d'isoler la deuxième branche (16) de circulation du reste du circuit (10), et du type dans lequel le circuit (10) comporte au moins une pompe (26) pour pomper le fluide caloporteur au travers du circuit (10), caractérisé en ce qu'il comporte au moins - une quatrième branche (38) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un échangeur (40) thermique destiné à assurer des échanges thermiques entre l'huile du moteur et le fluide caloporteur, et - une cinquième branche (42) de circulation de fluide caloporteur au sein d'une source (44) de chaleur indépendante du moteur, notamment une source de récupération de chaleur, qui sont susceptibles d'être connectées ou isolées
sélectivement du reste du circuit (10).
2. Circuit (10) d'échanges thermiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les branches (12,
16, 20, 38, 42) ont au moins une entrée/sortie en commun.
3. Circuit (10) d'échanges thermiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première vanne (24) à trois voies est une vanne thermostatique pilotée qui est connectée: - par une voie d'entrée (46), à la première branche (12), - par une première voie de sortie (48), à l'entrée/sortie de la deuxième branche (16) qui est commune aux autres entrées/sorties, et - - par une seconde voie de sortie (50), en série avec
1o l'entrée/sortie opposée de la deuxième branche (16).
et en ce qu'il comporte une deuxième vanne (52) constituée d'une électrovanne à trois voies qui est connectée: - par une première voie d'entrée (54), en série avec la cinquième branche (42), - par une seconde voie d'entrée (56), entre la première branche (12) et la voie d'entrée (46) de la première vanne (24), - par une voie de sortie (58), en série avec une première voie d'entrée (60) d'une troisième vanne (62) d'aiguillage constituée d'une électrovanne à quatre voies qui est connectée: - par une seconde voie d'entrée (64), entre la première branche (12) et la seconde voie d'entrée (56) de la deuxième vanne (52), - par une première voie de sortie (66), en série avec la troisième branche (20), par une seconde voie de sortie (68), en série avec la
quatrième branche (38).
4. Circuit (10) d'échanges thermiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une seconde pompe (70) est interposée entre la voie de sortie (58) de la deuxième vanne (52) et la première voie d'entrée (60) de la troisième vanne (62) d'aiguillage et en ce qu'elle est susceptible de fonctionner suivant un premier mode d'interruption, suivant un deuxième mode de pompage normal, ou suivant un troisième
mode de pompage accéléré.
5. Circuit (10) d'échanges thermiques selon l'une des
revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la deuxième vanne
(52) est susceptible de fonctionner suivant trois modes: - un premier mode dans lequel la première voie d'entrée (54) est seule reliée à la voie de sortie (58), - un deuxième mode dans lequel la seconde voie d'entrée (56) est seule reliée à la voie de sortie (58), - un troisième mode dans lequel les première et seconde
voies d'entrée (54, 56) sont reliées à la voie de sortie (58).
6. Circuit (10) d'échanges thermiques selon l'une des
revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la troisième vanne
(62) d'aiguillage est une électrovanne de type inverseuse qui est susceptible de fonctionner suivant deux modes: - un premier mode dans lequel la première voie d'entrée (60) est reliée à la première voie de sortie (66) et dans lequel la seconde voie d'entrée (64) est reliée à la seconde voie de sortie (68), - un second mode dans lequel la première voie d'entrée (60) est reliée à la seconde voie de sortie (68) et dans lequel la seconde voie d'entrée (64) est reliée à la première voie de sortie (66).
7. Circuit (10) d'échanges selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une unité centrale de commande du circuit qui pilote le fonctionnement de la deuxième vanne (52), de la troisième vanne (62) d'aiguillage et de la seconde pompe (70), notamment en fonction d'une valeur représentative d'un état thermique chaud ou froid du moteur (14)
fournie par un capteur.
8. Circuit (10) d'échanges selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que des zones
internes et externes de circulation d'huile au sein du moteur (14) thermique comportent des moyens d'isolation, notamment des revêtements à base de matériau polymère ou des couches d'oxyde, pour limiter les échanges thermiques avec le moteur (14).
9. Circuit (10) d'échanges thermiques selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première branche (12) comporte: - une première sous-branche (28) de circulation de fluide caloporteur au sein d'une culasse (30) du moteur thermique (14), - une seconde sous-branche (32) de circulation de fluide caloporteur au sein d'un bas-moteur (34) du moteur thermique 0o (14), agencée en parallèle de la première sous-branche, - une première pompe (26) reliée en série avec les première et seconde sous-branches (28, 32), et - une deuxième vanne (36) thermostatique à deux voies,
reliée en série uniquement avec la deuxième sous-branche (32).
10. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son premier mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son second mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième
mode.
11. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de réchauffage de l'huile moteur par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son troisième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son second mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième mode.
12. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de réchauffage de l'huile moteur au cours de laquelle, le moteur montant en température: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son premier mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son premier mode.
13. Procédé de commande d'une unité centrale de i5 commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de refroidissement de l'huile moteur à charge constante au cours de laquelle, le moteur étant chaud: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son premier mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son premier mode.
14. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de refroidissement de l'huile moteur en forte charge au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son deuxième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son second mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son troisième mode.
15. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de refroidissement du moteur après arrêt au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son deuxième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne indifféremment suivant son premier ou son second mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième mode.
16. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de conditionnement de l'échangeur aérotherme (22) au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son deuxième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième mode.
17. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son premier mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième mode.
18. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de réchauffage de l'habitacle par la source de chaleur et par le moteur au cours de laquelle: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son troisième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son deuxième mode.
19. Procédé de commande d'une unité centrale de i5 commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur en charge et par la source de chaleur au cours de laquelle, le moteur étant réchauffé: - la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son troisième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son troisième
mode.
20. Procédé de commande d'une unité centrale de commande d'un circuit (10) d'échanges thermiques selon les
revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins
une étape dite de chauffage de l'habitacle par le moteur et de 3o refroidissement de l'huile au cours de laquelle, le moteur étant chaud: la deuxième électrovanne (52) fonctionne suivant son troisième mode, - la troisième électrovanne (62) fonctionne suivant son premier mode, - la seconde pompe (70) fonctionne suivant son troisième mode.
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