FR2846715A1 - Dispositif d'apport calorifique a une boucle de refroidissement d'un moteur de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'apport calorifique à une boucle de refroidissement d'un moteur 3 de véhicule automobile au moyen d'un fluide caloporteur mis en circulation par l'intermédiaire d'une pompe principale 6, comprenant un premier circuit 1 reliant une sortie 2 en fluide caloporteur du moteur à une vanne principale 4 qui, en fonction de la température, autorise le passage de fluide caloporteur vers un second circuit 12 dans lequel est installé un échangeur thermique principal 10 qui refroidit ledit fluide avant son retour vers le moteur 3, un troisième circuit 13 raccordé à la sortie 2 en fluide caloporteur du moteur dans lequel est installée une vanne secondaire 15 apte à autoriser le passage de fluide vers un quatrième circuit 18 alimentant au moins un échangeur thermique, caractérisé en ce que le quatrième circuit 18 comprend au moins un échangeur thermique distributeur de calories, une pompe auxiliaire 25 et un brûleur 20 fournissant un surcroît de puissance calorifique si nécessaire par l'intermédiaire d'au moins un échangeur thermique récupérateur de calories.Application aux véhicules automobiles.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des systèmes de

chauffage/refroidissement d'un moteur de

véhicule automobile.

Elle concerne plus particulièrement l'intégration d'un 5 élément apportant un surcroît de puissance calorifique appelée brleur dans une boucle de refroidissement d'un

moteur par circulation d'un fluide caloporteur.

Les véhicules automobiles utilisent un certain nombre d'échangeurs thermiques qui offrent un échange de calories 10 entre le fluide caloporteur et un autre fluide tel que par exemple de l'huile moteur, de l'huile de boîte de vitesses, de l'huile de direction assistée, des gaz d'échappement, des gaz d'admission ou de l'air. L'échange avec l'huile moteur se fait au sein d'un refroidisseur d'huile moteur, 15 le transfert de calories se faisant habituellement de l'huile vers le fluide caloporteur. Il en est de même pour le refroidisseur d'huile de boîte de vitesses, le refroidisseur d'huile de direction assistée, le refroidisseur de gaz d'échappement et le refroidisseur de 20 gaz d'admission. Par contre, le transfert de calories s'opère habituellement du fluide caloporteur vers le radiateur de face avant et vers le radiateur d'habitacle, ce dernier servant ainsi à réchauffer les occupants du véhicule si nécessaire. La gestion de la circulation du 25 fluide caloporteur revient généralement à une vanne thermostatique connue en soit qui autorise ou interdit le passage du fluide caloporteur vers le radiateur de face avant. Les contraintes environnementales ainsi que les 30 constructeurs automobiles demandent un abaissement des consommations en carburant tout en maintenant un niveau de confort thermique satisfaisant. Une part importante de la consommation et de l'émission de gaz polluants a lieu à la mise en route du moteur et pendant les premières minutes de 35 fonctionnement. En effet, les rendements des moteurs actuels ne permettent pas d'atteindre rapidement des températures élevées, en particulier pour l'huile du moteur ou de la boîte de vitesses ce qui a pour inconvénient d'une part, ce qui prolonge l'existence des frottements internes dans ces deux organes et d'autre part créer une charge supplémentaire sur le moteur augmentant ainsi la

consommation de carburant.

Ce délai de montée en température amène un autre 5 inconvénient. En effet, le déficit thermique du moteur ne permet pas non plus de fournir rapidement les calories nécessaires pour réchauffer les occupants de l'habitacle, ce qui va à l'encontre des conditions de confort requises

par les constructeurs.

Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en intégrant judicieusement un brleur au sein d'une boucle de refroidissement d'un moteur, en particulier en utilisant le fluide caloporteur pour transporter l'énergie créée par le 15 brleur vers les autres échangeurs thermiques du véhicule, par l'exemple le radiateur d'habitacle, le radiateur

d'huile du moteur ou de la boîte de vitesses.

L'invention a donc pour objet un dispositif d'apport calorifique à une boucle de refroidissement d'un moteur de 20 véhicule automobile au moyen d'un fluide caloporteur mis en circulation par l'intermédiaire d'une pompe principale, comprenant un premier circuit reliant une sortie en fluide caloporteur du moteur à une vanne thermostatique principale qui, en fonction de la température, autorise le passage de 25 fluide caloporteur vers un second circuit dans lequel est installé un échangeur thermique principal qui refroidit ledit fluide avant son retour vers le moteur, un troisième circuit raccordé à la sortie en fluide caloporteur du moteur dans lequel est installée une vanne secondaire apte 30 à autoriser le passage de fluide vers un quatrième circuit alimentant au moins un échangeur thermique, caractérisé en ce que le quatrième circuit comprend au moins un échangeur thermique distributeur de calories, une pompe auxiliaire et un brleur fournissant un surcroît de puissance calorifique 35 si nécessaire par l'intermédiaire d'au moins un échangeur

thermique récupérateur de calories.

Selon une première caractéristique de l'invention, le surcroît de puissance calorifique apporté par le brleur est fonction de la température du fluide caloporteur. Le brleur est ainsi mis en fonctionnement seulement quand

l'apport calorifique du moteur est déficitaire.

Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le quatrième circuit est constitué d'une branche principale 5 contenant au moins un échangeur thermique auxiliaire et d'une branche secondaire installée en parallèle de la

branche principale.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la pompe auxiliaire fait circuler le fluide caloporteur en 10 boucle fermée dans la branche principale et dans la branche

secondaire quand la vanne secondaire interdit le passage de fluide caloporteur du troisième circuit vers le quatrième circuit. Les calories fabriquées par le brleur et transmises au fluide caloporteur sont ainsi transportées 15 vers les échangeurs thermiques demandeurs de calories.

Selon encore une caractéristique de l'invention, l'échangeur thermique récupérateur est un échangeur

thermique interne au brleur relié au quatrième circuit.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, 20 l'échangeur thermique récupérateur est un refroidisseur de gaz d'échappement ou un refroidisseur du système catalytique d'échappement du moteur ou un refroidisseur

d'air suralimenté.

Avantageusement, le refroidisseur du système catalytique d'échappement est alimenté en fluide caloporteur venant du premier circuit ou du deuxième

circuit au moyen d'une vanne.

Le refroidisseur du système catalytique d'échappement est raccordé en entrée à la vanne trois voies et en sortie 30 à une autre vanne de manière à diriger le fluide caloporteur sortant du refroidisseur vers le premier

circuit ou le deuxième circuit.

L'un au moins des échangeurs thermiques distributeurs est un refroidisseur d'huile moteur ou un refroidisseur 35 d'huile de boite de vitesses ou un refroidisseur d'huile de

direction assistée ou est un radiateur d'habitacle.

Avantageusement, le fluide caloporteur circule dans aux moins deux des échangeurs thermiques répartis en un réseau

série et/ou parallèle.

Selon une première caractéristique de l'invention, les échangeurs thermiques sont montés dans la branche principale. Selon encore une caractéristique de l'invention, la pompe auxiliaire est installée dans la branche secondaire. Selon encore une autre caractéristique de l'invention,

un vase d'expansion est placé dans le troisième circuit.

Avantageusement, la vanne principale met en communication le premier et le deuxième circuit à une 10 température du fluide caloporteur déterminée alors que la vanne secondaire met en communication le troisième et le quatrième circuit à une température du fluide caloporteur inférieure d'environ 30'C à 500C par rapport à la

température du fluide caloporteur déterminée.

Avantageusement encore, la vanne secondaire est à

ouverture thermostatique.

La vanne secondaire est une vanne trois voies alimentée

par la sortie en fluide caloporteur qui autorise le passage du fluide vers le quatrième circuit et/ou la vanne 20 principale.

Enfin, la vanne secondaire est à commande électrique progressive. Un tout premier avantage de l'invention réside dans la possibilité qu'offre un brleur de réchauffer rapidement 25 les différents fluides en interaction avec le moteur du véhicule. Un autre avantage réside dans la possibilité de gérer le fonctionnement du brleur pour le mettre en marche selon

des conditions particulières de température des fluides.

Un autre avantage non négligeable réside dans le fait que le dispositif selon l'invention permet d'apporter rapidement les calories nécessaires pour réchauffer l'habitacle du véhicule. Ceci se fait à la mise en fonctionnement du moteur mais l'invention permet aussi de 35 chauffer préalablement l'habitacle et les autres fluides en contact avec le fluide caloporteur avant la mise en route du véhicule pour que les conditions de confort soient

optimales dès l'entrée des occupants dans l'habitacle.

Un autre avantage de l'invention réside dans l'abaissement de l'émission de gaz polluants liée à une mauvaise combustion interne du moteur. Ainsi, le temps de montée en température de ce dernier est déterminant pour atteindre des conditions de combustion optimales ceci grâce 5 à l'apport immédiat ou par pré-chauffage de calories du brleur vers les fluides entrant ou encerclant la chambre

de combustion du moteur.

Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans l'abaissement de la consommation pendant les 10 phases de démarrage du moteur grâce à la réduction des frottements des éléments en mouvement dans l'huile moteur

et/ou dans la boîte de vitesses.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de

l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la 15 description donnée ci-après à titre indicatif en relation

avec des dessins dans lesquels: -la figure 1 est une représentation schématique de l'invention intégrant le brleur selon une première variante, -la figure 2 est un schéma illustrant le dispositif selon l'invention selon une deuxième variante, -la figure 3 est un autre schéma montrant l'invention dans une troisième variante, -la figure 4 et 5 sont des illustrations du dispositif 25 selon une quatrième et une cinquième évolution de l'invention, -la figure 6 est une variante de l'invention prenant en compte la spécificité d'un des échangeurs, -les figure 7 à 11 représentent des organigrammes et 30 des courbes illustrant la stratégie de fonctionnement de

l'installation selon l'invention.

La figure 1 illustre schématiquement l'agencement des différents éléments de l'invention composant un dispositif de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. On 35 entend " par moteur " les moteurs ayant un dégagement thermique comme par exemple les moteurs à combustion interne ou les moteurs électriques. Ce dispositif est constitué de plusieurs circuits, dans lesquels un fluide caloporteur circule, inter-agissant les uns avec les autres. Le premier circuit 1 débute à une sortie 2 de fluide caloporteur du moteur 3. Quand le véhicule est en fonctionnement, le fluide caloporteur sort de cette sortie 2 à une température généralement élevée puisqu'il 5 transporte les calories créées par le moteur 3. Cette sortie 2 est donc reliée à une entrée 4a d'une vanne principale 4 par l'intermédiaire d'une conduite 5. Cette vanne principale 4 est constituée d'au moins trois entrées 4a, 4b, 4c et d'une sortie 4d et peut être à ouverture 10 proportionnelle mécanique ou électronique selon la température du fluide caloporteur à l'entrée 4a. La sortie 4d de cette vanne principale 4 est reliée à une entrée 6a d'une pompe principale 6 par l'intermédiaire d'une conduite 7. La sortie 6b de la pompe principale 6 est quant à elle 15 reliée à une entrée 32 du moteur 3 au moyen d'une conduite 8. La pompe principale 6 permet de mettre en mouvement le fluide caloporteur, elle peut être du type mécanique, c'est-à-dire entraînée par le moteur 3 ou électrique, c'est-à-dire entraînée par un moteur électrique 20 indépendant. Cette pompe principale 6 est ici placée à titre illustratif entre les conduites 7 et 8 mais elle pourrait être installée ailleurs dans le premier circuit 1 tant qu'elle assure sa fonction de mise en circulation du

fluide caloporteur.

Le dispositif de refroidissement comporte aussi un second circuit 12 qui débute à la sortie 2 de fluide caloporteur du moteur 3. Une conduite 9 transporte le fluide vers un échangeur thermique principal 10 dont la fonction est d'évacuer les calories émises par le moteur 3 30 et véhiculées par le fluide caloporteur vers un milieu extérieur. Ce dernier peut être de l'air, par exemple pour un radiateur de face avant de véhicule, mais peut être aussi un échangeur eau-eau ou tri fluide. La sortie de l'échangeur thermique principal 10 est connectée à l'entrée 35 4c de la vanne principale 4 par l'intermédiaire d'une canalisation 11 de manière à ramener le fluide caloporteur

refroidi vers le moteur.

Un troisième circuit 13 de transport du fluide caloporteur commence à la sortie 2 du moteur 3 au moyen d'une conduite 14 reliée à une vanne secondaire 15. Cette dernière est composée d'une entrée l5a, raccordée à la conduite 14, et d'au moins deux sorties 15b et 15c. Dans cette variante de l'invention, la vanne secondaire 15 est 5 du type thermostatique mécanique, c'est-à-dire qu'elle s'ouvre ou se ferme selon la température du fluide caloporteur qui passe à l'intérieur de l'entrée 15a vers la sortie 15c. Cette sortie 15c est connectée à un vase d'expansion 16 au moyen d'un tuyau 17. La fonction de ce 10 vase d'expansion 16 est d'offrir une zone tampon au

dispositif de refroidissement pour absorber les différences de dilatation du fluide caloporteur en fonction des différents niveaux de température. La sortie en fluide du vase d'expansion 16 est raccordée à l'entrée 4b de la vanne 15 principale 4.

La vanne secondaire 15 alimente un quatrième circuit 18 au moyen d'une conduite 19 raccordée entre la sortie 15b de la vanne secondaire et une sortie 20a en fluide caloporteur d'un brleur 20. On attribue le terme " sortie " à 20 l'élément 20a car, quand le brleur est en fonctionnement, le fluide caloporteur ressort de ce dernier par cette

sortie 20a.

Dans cette variante de l'invention, le quatrième circuit est séparé en une branche principale 23 et une 25 branche secondaire 24. La branche principale 23 comporte au moins un échangeur thermique appelé échangeur thermique 22 distributeur de calories. La branche secondaire 24 supporte le brleur 20 ainsi qu'une pompe auxiliaire 25, par exemple de type électrique, dont la fonction est de faire circuler 30 le fluide caloporteur dans le quatrième circuit 18. Cette branche comporte en outre un échangeur thermique 26 dit récupérateur de calories placé astucieusement à coté du brleur. On entend par " distributeur de calories " un échangeur 35 fluide caloporteur - huile ou fluide caloporteur - air dans lequel le fluide caloporteur cède des calories à l'huile ou à l'air quand le brleur est en fonctionnement, c'est-àdire quand le moteur est en déficit thermique. Il faut noter qu'en phase de fonctionnement normal, c'est-à-dire quand le moteur a atteint sa température de fonctionnement, le transfert de calories est inversé, par exemple de l'huile vers le fluide caloporteur. On comprend ici que seront utilisés les échangeurs thermiques déjà présents sur 5 un véhicule simplement en les utilisant pendant une phase de fonctionnement donnée dans le sens inverse de leur

fonctionnement habituel.

A l'inverse on entend par " récupérateur de calories " un échangeur air fluide caloporteur dans lequel le fluide 10 caloporteur absorbe les calories émises par la source de chaleur, dans le cas présent le brleur 20, et ce quand le moteur est en déficit thermique. Bien entendu, ces échangeurs thermiques sont présents sur le véhicule et habituellement utilisés pour refroidir les gaz d'admission, 15 d'échappement ou le dispositif à catalyse des gaz d'échappement. Dans la présente invention, le brleur est décrit comme un boîtier comprenant une chambre de combustion alimentée par un injecteur de carburant. Les gaz brlés dans la 20 chambre de combustion sont évacués vers le système

d'échappement du véhicule. Dans cette variante de l'invention, l'échangeur thermique récupérateur 26 est un échangeur interne au brleur placé dans la chambre de combustion avantageusement face à la flamme de l'injecteur 25 de carburant.

L'échangeur thermique récupérateur 26 et l'un au moins des échangeurs thermiques distributeurs 22 sont placés en parallèle, c'est à dire que le fluide caloporteur peut circuler en boucle fermée grâce à la pompe auxiliaire 25. 30 Dans cette variante, les échangeurs thermiques distributeurs sont: - un radiateur d'habitacle 22a qui transfert les calories du fluide caloporteur vers l'air entrant dans l'habitacle pour réchauffer les occupants, - un refroidisseur d'huile moteur 22b qui transfert les calories du fluide caloporteur vers l'huile du moteur 3, un refroidisseur d'huile de boîte de vitesses 22c qui transfert les calories du fluide caloporteur vers l'huile de la boîte de vitesses, - un refroidisseur d'huile de direction assistée 22d qui transfert les calories du fluide caloporteur vers l'huile de la direction assistée, - un refroidisseur d'air sur-alimenté 22e qui transfert les calories du fluide caloporteur vers les gaz d'admission du moteur 3 dans le cas d'un moteur à combustion interne, un refroidisseur de système catalytique 22f qui 10 transfert les calories du fluide caloporteur vers le dispositif à catalyse agissant sur les gaz d'échappement. Sur la figure 1, la pompe auxiliaire 25 est disposée juste avant l'échangeur thermique interne 26 du brleur à 15 titre illustratif mais elle pourrait être installée à tout endroit dans le quatrième circuit 18 de manière à faire

circuler le fluide caloporteur dans la boucle fermée.

La figure 2 illustre une seconde variante de l'invention dans laquelle les éléments identiques à la 20 figure 1 portent la même référence. La grosse différence

avec la figure précédente porte sur la disposition des éléments dans le quatrième circuit 18 selon un réseau de circulation du fluide caloporteur appelé série/parrallèle et l'utilisation de certains échangeurs thermiques 25 distributeurs comme échangeurs thermiques récupérateurs.

Le branche principale 23 débute à la sortie 15b de la vanne secondaire 15 par la canalisation 21 qui transporte le fluide caloporteur vers le ou les échangeurs thermiques récupérateurs. Contrairement à la figure 1, l'échangeur 30 thermique récupérateur n'est pas seulement un échangeur

interne 26 mais peut aussi être soit uniquement, soit en combinaison l'un des échangeurs dénommés distributeurs dans la description de la figure 1 comme par exemple le refroidisseur d'air sur-alimenté 22e, le refroidisseur de 35 système catalytique 22f ou un refroidisseur de gaz

d'échappement 22g appelé communément EGR qui deviennent des

échangeurs thermiques récupérateurs.

Dans cette variante, le gros avantage de cette association entre le brleur 20 et au moins un des échangeurs thermiques récupérateurs 22e, 22f et/ou 22g réside dans le fait que ces échangeurs transfèrent des calories vers les gaz d'admission ou d'échappement. Dans le cas o on utiliserait le refroidisseur de gaz sur-alimenté, 5 la quantité de gaz brlé émis par le brleur 20 est mineure face au volume de gaz frais circulant dans ce refroidisseur. Ceci a pour avantage de ne pas modifier ou gêner les conditions de fonctionnement et d'alimentation du

moteur 3.

Dans cette variante de l'invention, le brleur 20 est physiquement placé au plus prés du ou des échangeurs thermiques récupérateurs 26, 22e, 22f, 22g de manière à ce que sa chambre de combustion permette de transférer les calories au fluide caloporteur traversant ces échangeurs. 15 La canalisation 21 est donc connectée à l'entrée des échangeurs récupérateurs, le fluide caloporteur ressort de ces derniers pour être amené au moyen de conduites 27, 28, 29 et 30 respectivement vers les échangeurs distributeurs 22a, 22b, 22c, 22d. A titre d'exemple, cette figure montre 20 que les échangeurs distributeurs sont disposés en parallèle les uns par rapport aux autres alors que le ou les échangeurs récupérateurs sont installés en série par rapport aux échangeurs distributeurs. Ceci signifie que la somme des quantités de fluide qui traversent les échangeurs 25 distributeurs 22a à 22d circule dans le ou les échangeurs

récupérateurs. Ceci n'est qu'illustratif puisque les échangeurs thermiques distributeurs peuvent être montés en série les uns par rapport aux autres de telle sorte que tout le fluide caloporteur circulant dans la boucle fermée 30 traverse un à un ces échangeurs.

La branche secondaire 24 est l'élément qui permet au fluide caloporteur de circuler en boucle fermée dans le quatrième circuit au moyen de la pompe auxiliaire 25

installée sur cette branche.

La figure 3 présente une combinaison de la première et de la deuxième variante de l'invention. En effet, le brleur 20, ses échangeurs récupérateurs 26, 22e, 22f et/ou 22g et la pompe auxiliaire 25 sont placés au sein de la branche secondaire 24. La conduite 21 emmène le fluide caloporteur vers les échangeurs thermiques distributeurs 22a, 22b, 22c, 22d en passant au travers des canalisations 27, 28, 29 et 30. Ces échangeurs sont ici représentés en parallèle, le fluide caloporteur est alors rassemblé pour 5 être renvoyé vers la branche secondaire 24 ou vers la vanne

principale 4.

La figure 4 est une évolution de la figure 3. Le brleur 20 et son ou ses échangeurs thermiques récupérateurs 26, 22e, 22f et/ou 22g sont en parallèle des 10 échangeurs distributeurs 22a à 22d le tout placé au sein de la branche principale 23. La pompe auxiliaire 25 est quant à elle placée à titre illustratif dans la branche

secondaire 24.

La figure 5 représente une évolution du dispositif de 15 refroidissement proposé aux figures 1 à 4. Cette évolution

repose sur le remplacement de la vanne secondaire 15 thermostatique mécanique par une vanne secondaire 31 à ouverture commandée électriquement ou électroniquement.

Cette ouverture ou fermeture est gérée par un calculateur, 20 par exemple de climatisation ou de gestion moteur (non représenté) et sous l'emprise d'informations émises par un ou plusieurs capteurs de température disposés au contact du fluide caloporteur, par exemple à la sortie 2 du moteur ou

à l'entrée 32.

La figure 6 est une variante de l'invention prenant en compte la spécificité du refroidisseur de système catalytique 22f. Une canalisation 35 est reliée d'un coté à la sortie 2 du moteur et de l'autre à une entrée d'une vanne trois voies 33. La seconde entrée de cette vanne 33 30 est reliée à la conduite 21 et la sortie de cette vanne 33

est connectée au refroidisseur de système catalytique 22f.

On comprend ainsi que cet échangeur peut recevoir du fluide caloporteur par la conduite 21 de la branche principale 23 ou par la conduite 35 transportant le fluide caloporteur en 35 provenance du moteur 3. Une seconde vanne trois voies 34 présentent une entrée reliée à la sortie du refroidisseur de système catalytique 22f, les deux autres voies de cette vanne 34 étant respectivement raccordée à la branche principale 23 et à une conduite 36 directement connectée au

premier circuit 1.

La description qui suit va décrire le fonctionnement du

dispositif d'apport calorifique en rapport avec les figures

1 à 5.

A la mise en fonctionnement du moteur 3, le fluide calorifique sort froid de la sortie 2, la vanne principale 4 interdit alors la circulation du fluide entre cette sortie 2 de fluide caloporteur et l'échangeur thermique principale 10 ceci pour ne pas refroidir le flux en cours 10 de réchauffement. Cette interdiction est valable tant que la température du fluide caloporteur à proximité de l'entrée 4a de la vanne principale est en dessous d'une valeur prédéterminée, par exemple 900C. La vanne secondaire 15 interdit elle aussi la mise en communication du 15 troisième circuit 13 avec le quatrième circuit 18 tant que la température du fluide caloporteur à l'entrée 15a de la vanne secondaire 15 est de 30'C à 50'C inférieur à la température d'ouverture de la vanne principale 4. On comprend ainsi que lorsque la vanne secondaire 15 est 20 fermée, la boucle de refroidissement est séparée en deux sous-ensembles indépendants du point de vue du fluide caloporteur. Quand la vanne principale 4 est fermée, on force le retour du fluide vers le moteur 3 en passant directement 25 par la conduite 5, en traversant ladite vanne principale 4

par son entrée 4a vers sa sortie 4d, en utilisant la conduite 7 et 8 pour revenir au moteur 3 par son entrée 32.

Cette circulation de fluide caloporteur est assurée par la pompe principale 6. Dans les installations de l'art 30 antérieur, pendant tout le temps o est fermée la vanne principale 4, on fait circuler le fluide dans le radiateur d'habitacle et sa montée en température dépend de la montée en température du moteur. Les évolutions techniques de ces derniers montrent que ce temps est de plus en plus long à 35 cause de l'amélioration des rendements thermiques, ce qui est incompatible avec l'amélioration constante du confort

dans un habitacle de véhicule.

En même temps que cette phase de fonctionnement ou même avant si l'on désire faire du pré-conditionnement de l'habitacle quand les conditions extérieures le nécessitent, le brleur 20 est mis en fonctionnement pour offrir un apport calorifique au fluide caloporteur de

manière pratiquement immédiate.

Le brleur consomme le carburant du véhicule et chauffe un échangeur récupérateur 26 (figure 1) dit échangeur interne au brleur 20 ou un des échangeurs thermiques récupérateurs 22e, 22f ou 22g (figure 2 à 5). La pompe auxiliaire 25 est mise en fonctionnement de manière à faire 10 circuler le fluide caloporteur de l'échangeur interne 26 vers les différents échangeurs distributeurs 22. Outre la montée en température pratiquement immédiate de l'habitacle grâce au radiateur d'habitacle 22a, on accélère la montée en température du moteur en apportant des calories à 15 l'huile moteur par l'intermédiaire du refroidisseur d'huile moteur 22b. L'ensemble du moteur est alors réchauffé plus vite diminuant ainsi l'émission de gaz polluant type NO,

NOX ou autre.

Dans les installations de l'art antérieur, la montée en 20 température de l'huile de boîte de vitesses est opérée de

manière mécanique par la friction des engrenages. Cette montée en température est ainsi longue et crée une charge sur le moteur qui augmente les émissions de gaz polluants.

Comme pour le radiateur d'habitacle 22a ou pour le 25 refroidisseur d'huile moteur 22b, le dispositif selon l'invention permet un apport calorifique immédiat au refroidisseur d'huile de boîtes de vitesses 22c. Il en est de même avec le refroidisseur d'huile de direction assistée 22d, le refroidisseur d'air sur-alimenté 22e, le 30 refroidisseur de système catalytique 22f et le refroidisseur de gaz d'échappement 22g. L'apport calorifique du fluide caloporteur vers les gaz d'admission par l'intermédiaire du refroidisseur d'air sur-alimenté 22e permet une montée en température plus rapide de ces gaz et 35 évite ainsi la condensation appelée communément " fumées blanches " à la mise en fonctionnement. La corrosion de l'échappement qui résulte de cette condensation peut ainsi être sensiblement diminuée. De même, l'apport calorifique du fluide caloporteur vers le dispositif de traitement des gaz d'échappement offre une montée en température plus rapide et permet donc de traiter les gaz polluants beaucoup plus rapidement que par simple montée en température par les gaz d'échappement du moteur comme proposé dans l'art antérieur. La seconde phase de fonctionnement du dispositif d'apport calorifique est caractérisée par l'ouverture de la vanne secondaire 15 à une température prédéterminée permettant de mettre en communication les premier et 10 troisième circuit 1 et 13 avec le quatrième circuit 18. On offre ainsi la possibilité au fluide caloporteur réchauffé par le brleur

20 de rejoindre le moteur 3. Ceci à pour effet d'accélérer le réchauffage du bloc moteur. En outre, cette phase de fonction correspond à la réduction d'apport 15 calorifique demandée au brleur 20.

La troisième phase de fonctionnement du dispositif selon l'invention consiste en l'ouverture de la vanne principale 4. La circulation de fluide caloporteur dans le premier circuit 1 se trouve alors interrompue partiellement 20 ou totalement et une partie du fluide caloporteur est dirigée dans le second circuit 12 de manière à évacuer les calories dégagées par le moteur 3 et transportées par le fluide caloporteur vers l'échangeur principal 10. La température du fluide caloporteur ayant maintenant atteint 25 une température suffisante, le brleur 20 ainsi que la pompe auxiliaire 25 sont arrêtés (ou déjà arrêtés dans le

cours de la seconde phase).

Dans la figure 1, le fluide caloporteur venant du moteur 3 peut alors traverser la vanne secondaire 15 et 30 circuler à travers tous les circuits et en particulier dans le quatrième circuit dans lequel les échangeurs thermiques récupérateurs 22 transfèrent les calories vers le fluide caloporteur. A la figure 2, le processus est similaire à la 35 différence, dans le quatrième circuit 18, le fluide

caloporteur traverse d'abord au moins un des échangeurs récupérateurs 22f, 22g ou 22e puis traverse les autres échangeurs thermiques distributeurs 22 a, 22b, 22c et 22d.

Ce montage est particulièrement avantageux puisque la combinaison du brleur 20 avec l'un de ces échangeurs offre une voie directe d'évacuation des gaz d'échappement

produits par le brleur.

La figure 3 diffère dans cette phase de fonctionnement 5 car le fluide caloporteur ne traverse pas naturellement les échangeurs thermiques récupérateurs 22e, 22f ou 22g. Pour cela, il faut mettre en fonctionnement la pompe auxiliaire de manière à prélever une partie du fluide caloporteur provenant du moteur 3 et ayant traversé les échangeurs 10 thermiques distributeurs 22. Ainsi, une quantité suffisante de fluide caloporteur est prélevée pour permettre au refroidisseur d'air sur- alimenté 22e, au refroidisseur de système catalytique 22f et/ou au refroidisseur de gaz d'échappement 22g de faire leur office, c'est-à-dire pour 15 l'un refroidir à l'aide du fluide caloporteur les gaz d'admission, pour le second refroidir le dispositif catalytique des gaz d'échappement et pour le troisième

refroidir les gaz d'échappement.

Dans la variante illustrée à la figure 4, cette phase 20 de fonctionnement est identique à celle décrite en rapport avec la figure 1 à la différence que le brleur n'est pas combiné à un échangeur interne mais à l'un au moins des

échangeurs thermiques récupérateurs 22e, 22f et/ou 22g.

La variante de la figure 5 est semblable à la figure 2 25 à la différence que l'autorisation de mise en communication est faite au moyen d'une vanne secondaire 31 commandée électriquement. Ceci permet de gérer plus facilement les phases de fonctionnement et les températures de mise en communication du quatrième circuit 18 avec les autres 30 circuits. La vanne secondaire 31 commandé électriquement

offre une meilleure souplesse de régulation et de contrôle avec comme avantage indéniable d'optimiser le gain entre la réduction de la consommation et la réduction des émissions de gaz polluants. En outre, on optimise la stratégie de 35 fonctionnement du couple moteur 3 avec son brleur 20.

Comme indiqué précédemment, la figure 6 illustre une variante de l'invention qui prend en compte la spécificité du refroidisseur de système catalytique 22f. En effet, le système catalytique fonctionne correctement quand sa

température est comprise sensiblement entre 400 et 4500C.

Pendant la phase de démarrage, le brleur 20 offre au refroidisseur de système catalytique 22f une montée en température très rapide permettant d'atteindre très 5 rapidement sa température de fonctionnement. Ceci est obtenu en fermant respectivement la voie raccordée à la

conduite 35 pour la vanne 33, et 36 pour la vanne 34.

Comme ce refroidisseur est placé sur la ligne d'échappement et souvent au plus près de la sortie des gaz 10 d'échappement, ces derniers augmentent très rapidement sa température et il devient alors nécessaire de refroidir le système catalytique pour le réguler et maintenir dans sa plage de température de fonctionnement, c'est-à-dire 400 à 450 OC. C'est pourquoi il est nécessaire d'injecter ou de -15 contrôler le débit de fluide caloporteur provenant du premier circuit 1 ou du deuxième circuit 12 au moyen des vannes trois voies pour qu'une certaine quantité de fluide

caloporteur froid soit dirigée vers cet échangeur.

Les deux vannes trois voies 33 et 34 peuvent être 20 synchrone ou non. En effet, il peut être avantageux de récupère le fluide caloporteur réchauffé par les gaz d'échappement pour l'envoyer dans le quatrième circuit et ainsi participer lui-aussi, au même titre que le brleur 20, au réchauffement des autres échangeurs 22a, 22b, 22c, 25 22d, 22e et 22f pendant la première phase de fonctionnement. La figure 8 illustre la stratégie d'ouverture des vannes trois voies 33 et/ou 34 telle que

discutée ci-dessus.

La figure 7 est une illustration de la stratégie de 30 fonctionnement du brleur 20. Lorsque la température du fluide caloporteur est inférieure à une température déterminée, dans cet exemple 400C, le brleur 20 est en fonctionnement et apporte ses calories aux fluides tels qu'huiles et air alors que la vanne secondaire 15 ou 31 35 interdit la communication du fluide caloporteur entre le

quatrième circuit 18 et les autres circuits.

Lorsque la température du fluide caloporteur dans le quatrième circuit, détectée par exemple par un capteur disposé dans le quatrième circuit 18 en contact avec le fluide caloporteur, est supérieure à 40'C mais inférieure à 60'C, on ouvre la vanne secondaire 15, 31 tout en laissant en fonctionnement le brleur 20. Ainsi le fluide caloporteur réchauffé peut rejoindre le moteur 3 fournir un 5 apport calorifique à son bloc. La valeur de 60'C n'est qu'indicative et dépend de la température extérieure du véhicule. Quand la température de 60'C est atteinte, valeur à partir de laquelle le confort thermique de l'habitacle est 10 généralement assuré par le radiateur d'habitacle 22a, le brleur est arrêté et le cycle de montée en température se poursuit grâce aux calories apportées par la combustion

interne du moteur 3.

La figure 9 est une illustration graphique de ce mode 15 de fonctionnement avec en abscisse le temps et en ordonnée la température du fluide caloporteur en différent point de l'installation. TO est la courbe de montée en température du fluide caloporteur d'une installation dans laquelle n'est pas prévu un brleur. T20 est la courbe de montée en 20 température du fluide caloporteur dans le quatrième circuit 18 pendant la mise en fonctionnement du brleur 20 jusqu'à une température de 600C sans ouverture de la vanne secondaire 15, 31. T'20 est une courbe de montée en température du fluide caloporteur durant la mise en 25 fonctionnement du brleur jusqu'à une température de 600C tout en ouvrant la vanne secondaire 15, 31 à une température de 40'C pour mettre en communication le quatrième circuit 18 avec les premier et troisième circuits 1 et 13. La courbe T3 est une illustration de la montée en 30 température du fluide caloporteur circulant dans une installation équipée d'un brleur selon l'invention avec ouverture de la vanne secondaire 15, 31 à 600C alors que la courbe T'3 correspond à une ouverture de la vanne secondaire 15, 31 à une température de 400C. La courbe T''3 35 illustre une mise en fonctionnement de brleur 20 à une puissance intermédiaire entre les températures 400C et 600C. On comprend aisément de ces courbes que les échangeurs thermiques distributeurs traversés par le fluide l8 caloporteur provenant du brleur comme l'illustre la courbe T20 vont pouvoir transmettre plus tôt plus de calories aux autres fluides qui les traversent tels que l'huile, l'air,

les gaz d'admission ou d'échappement.

Les figures 10 et 11 représentent des chronogrammes illustrant l'état de fonctionnement du brleur 20 et de la vanne secondaire 15, 31 à certains points précis des

courbes de la figure 9.

A la figure 10, on comprend que le brleur 20 est en 10 fonctionnement pendant le temps nécessaire pour atteindre une température prédéterminée, par exemple 40'C représenté par T'20 ou 60'C illustré par T20. Pour la température illustrée en T'60, on envisage de mettre le brleur en fonctionnement à une puissance inférieure à sa puissance 15 maximale et ce, pendant le temps nécessaire au fluide pour

passer de la température, par exemple de 400C à 60OC.

La figure 11 montre l'état de fonctionnement de la vanne secondaire 15 ou 31. On comprend qu'en position 1, la vanne est ouverte et en position 0 la vanne est fermée. 20 Bien entendu, l'ouverture peut être progressive de manière

à jouer sur le débit de fluide caloporteur à laisser passer. La vanne secondaire 15, 31 est donc fermée tant que la température du fluide caloporteur circulant dans le quatrième circuit de 40cC (pour T'20) ou 600C (pour T20) 25 n'est pas atteinte.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'apport calorifique à une boucle de refroidissement d'un moteur (3) de véhicule automobile au moyen d'un fluide caloporteur mis en circulation par 5 l'intermédiaire d'une pompe principale (6), comprenant un premier circuit (1) reliant une sortie (2) en fluide caloporteur du moteur à une vanne principale (4) qui, en fonction de la température, autorise le passage de fluide caloporteur vers un second circuit (12) dans lequel est 10 installé un échangeur thermique principal (10) qui refroidit ledit fluide avant son retour vers le moteur (3), un troisième circuit (13) raccordé à la sortie (2) en fluide caloporteur du moteur dans lequel est installée une vanne secondaire (15, 31) apte à autoriser le passage de 15 fluide vers un quatrième circuit (18) alimentant au moins un échangeur thermique, caractérisé en ce que le quatrième circuit (18) comprend au moins un échangeur thermique distributeur de calories, une pompe auxiliaire (25) et un brleur (20) fournissant un surcroît de puissance 20 calorifique si nécessaire par l'intermédiaire d'au moins un

échangeur thermique récupérateur de calories.

2. Dispositif d'apport calorifique selon la

revendication 1, caractérisé en ce que le surcroît de puissance calorifique apporté par le brleur (20) est 25 fonction de la température du fluide caloporteur.

3. Dispositif d'apport calorifique selon les

revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le quatrième circuit (18) est constitué d'une branche principale (23) contenant au moins un échangeur thermique et d'une branche 30 secondaire (24) installée en parallèle de la branche

principale (23).

4. Dispositif d'apport calorifique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pompe auxiliaire (25) fait circuler le fluide caloporteur en boucle fermée 35 dans la branche principale (23) et dans la branche secondaire (24) quand la vanne secondaire (15) interdit le passage de fluide caloporteur du troisième circuit (13)

vers le quatrième circuit (18).

5. Dispositif d'apport calorifique selon l'une

quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que les échangeurs thermiques sont montés dans la branche

principale (23).

6. Dispositif d'apport calorifique selon l'une 5 quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pompe auxiliaire (25) est installée dans la branche

secondaire (24).

7. Dispositif d'apport calorifique selon l'une

quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 10 ce que l'échangeur thermique récupérateur est un échangeur

thermique interne (26) au brleur (20) relié au quatrième

circuit (18).

8. Dispositif d'apport calorifique selon l'une

quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que l'échangeur thermique récupérateur est un

refroidisseur de gaz d'échappement (22g) et/ou un refroidisseur du système catalytique d'échappement (22f)

et/ou un refroidisseur d'air suralimenté (22e).

9. Dispositif d'apport calorifique selon la 20 revendication 8, caractérisé en ce que le refroidisseur du système catalytique d'échappement (22f) est alimenté en fluide caloporteur venant du premier circuit (1) ou du

deuxième circuit (12) au moyen d'une vanne (33).

10. Dispositif d'apport calorifique selon la 25 revendication 9, caractérisé en ce que le refroidisseur du

système catalytique d'échappement (22f) est raccordé en entrée à la vanne trois voies (33) et en sortie à une autre vanne (34) de manière à diriger le fluide caloporteur sortant du refroidisseur (22f) vers le premier circuit (1) 30 ou le deuxième circuit (12).

11. Dispositif d'apport calorifique selon l'une

quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des échangeurs thermiques distributeurs est un refroidisseur d'huile moteur (22b) ou 35 un refroidisseur d'huile de boite de vitesses (22c) ou un

refroidisseur d'huile de direction assistée (22d) ou est un

radiateur d'habitacle (22a).

12. Dispositif d'apport calorifique selon l'une

quelconque des revendications précédentes, caractérisé en

ce que le fluide caloporteur circule dans aux moins deux des échangeurs thermiques répartis en un réseau série et/ou parallèle.

13. Dispositif d'apport calorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un vase d'expansion (16) est placé dans le troisième circuit (13).

14. Dispositif d'apport calorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne principale (4) met en communication le premier (1) et le deuxième (12) circuit à une température du fluide caloporteur déterminée alors que la vanne secondaire (15, 31) met en communication le troisième (13) et le quatrième (18) circuit à une température du fluide caloporteur inférieure d'environ 30'C à 50'C par rapport à la température du fluide caloporteur déterminée.

15. Dispositif d'apport calorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne secondaire (15) est à ouverture thermostatique.

16. Dispositif d'apport calorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la vanne secondaire (15) est à commande électrique progressive.

17. Dispositif d'apport calorifique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne secondaire (15) est une vanne trois voies alimentée par la sortie (2) en fluide caloporteur qui autorise le passage du fluide vers le quatrième circuit

(18) et/ou la vanne principale (4).