FR2884864A1 - Cooling device for e.g. petrol engine, has auxiliary cooling circuit with cooler and pump, such that when thermostatic valve of main coolant circuit is closed, pump circulates coolant inside cooler and across radiator of coolant circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif et procédé de refroidissement du moteur et d'un organe deDevice and method for cooling the motor and a
véhicule 5vehicle 5
La présente invention concerne le domaine du refroidissement des moteurs de véhicules automobiles permettant en particulier de refroidir également certains organes du véhicule, tel qu'un dispositif de recyclage partiel de gaz d'échappement. The present invention relates to the field of motor vehicle engine cooling in particular for also cooling certain vehicle components, such as a partial exhaust gas recirculation device.
Le moteur d'entraînement des véhicules automobiles peut être refroidi par la mise en circulation d'un liquide de refroidissement caloporteur, en pratique de l'eau, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement inclut essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Une vanne thermostatique est également prévue en général, de façon à isoler la partie du circuit principal de refroidissement qui contient le radiateur pendant la durée du démarrage à froid où un refroidissement excessif du moteur n'est pas souhaité. La vanne thermostatique s'ouvre progressivement en fonction de la température de l'eau mise en circulation, réchauffée par le moteur après la période de démarrage. The drive motor of motor vehicles can be cooled by circulating a heat-transfer coolant, in practice water, which passes through the main parts of the engine to be cooled. The cooling circuit essentially includes a circulation pump driven by the engine and a radiator consisting of a water / air heat exchanger capable of cooling the water circulated by the pump. A thermostatic valve is also generally provided, so as to isolate the part of the main cooling circuit which contains the radiator during the cold start period where excessive cooling of the motor is not desired. The thermostatic valve opens gradually according to the temperature of the circulating water, warmed by the engine after the start-up period.
Par ailleurs, les gaz d'échappement réintroduits dans la chambre de combustion servent à réduire la température maximale de combustion. L'émission d'oxydes d'azote augmente plus vite que la température de combustion, la recirculation des gaz présente, comme mesure de la réduction de la température, une méthode efficace pour diminuer les émissions d'oxydes d'azote. Le refroidissement des gaz recyclés permet donc d'augmenter l'effet de réduction de la quantité d'oxydes d'azote tout en conservant une émission de particules inchangée. In addition, the exhaust gases reintroduced into the combustion chamber serve to reduce the maximum combustion temperature. The emission of nitrogen oxides increases faster than the combustion temperature, the recirculation of the gases has, as a measure of the reduction of the temperature, an effective method to decrease the emissions of oxides of nitrogen. The cooling of the recycled gases thus makes it possible to increase the effect of reducing the amount of nitrogen oxides while maintaining an unchanged particle emission.
Généralement, les gaz recyclés passent dans un échangeur de chaleur en vue de les refroidir. Les demandes de brevets FR 2 812 027 (Daimler- Chrysler) et FR 2 830 929 (Denso) traitent de constructions particulières d'échangeurs de chaleur pour gaz d'échappement, mais ne décrivent pas de lien entre la régulation du refroidissement du moteur et la régulation du refroidissement des gaz d'échappement, en vue de leur dépollution. Generally, the recycled gases pass through a heat exchanger for cooling purposes. Patent applications FR 2 812 027 (Daimler-Chrysler) and FR 2 830 929 (Denso) deal with particular constructions of exhaust gas heat exchangers, but do not describe a link between the regulation of the cooling of the engine and the regulation of exhaust gas cooling, with a view to their depollution.
L'invention propose un dispositif et un procédé de refroidissement d'un moteur et d'un organe de véhicule automobile qui résolve ces inconvénients de manière particulièrement simple. L'invention propose en particulier un procédé qui favorise la montée rapide du moteur en température, qui refroidisse l'organe du véhicule tout particulièrement lorsque le moteur est à basse température, et qui optimise le refroidissement du moteur à température élevée. The invention proposes a device and a method for cooling an engine and a motor vehicle member which solves these disadvantages in a particularly simple manner. The invention proposes in particular a method which promotes the rapid rise of the engine temperature, which cools the body of the vehicle especially when the engine is at low temperature, and which optimizes the cooling of the engine at high temperature.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprend un circuit principal de fluide caloporteur, traversant un moteur et équipé d'une pompe de circulation, d'une vanne thermostatique et d'un radiateur, ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire, caractérisé en ce que le circuit auxiliaire comprend une pompe auxiliaire de sorte que, lorsque la vanne thermostatique est fermée, ladite pompe auxiliaire fasse circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire et à travers le radiateur principal. According to one embodiment of the invention, the cooling device for a motor vehicle comprises a main coolant circuit, passing through a motor and equipped with a circulation pump, a thermostatic valve and a radiator, said device comprising an auxiliary cooling circuit of a vehicle member comprising an auxiliary cooler, characterized in that the auxiliary circuit comprises an auxiliary pump so that, when the thermostatic valve is closed, said auxiliary pump circulates a portion of the coolant in the auxiliary cooler and through the main radiator.
Le dispositif de refroidissement proposé peut présenter les caractéristiques suivantes, individuellement ou en combinaison: - le radiateur principal comprend une pluralité de passages parallèles, et dont les extrémités débouchent dans une première et une deuxième boîtes à eau, l'une au moins des boîtes à eau étant séparée en deux zones par une cloison, - une partie des passages débouchant dans la zone de la deuxième boîte à eau est traversée par le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la vanne thermostatique est ouverte ou fermée, - la première boîte à eau est reliée à la vanne thermostatique, les zones de la deuxième boîte à eau étant respectivement reliées au point de jonction et à l'organe précité du véhicule, - le fluide caloporteur est de l'eau et que la température d'ouverture de la vanne thermostatique du radiateur principal est comprise entre 88 C et 100 C, et de préférence de l'ordre de 89 C, - l'organe précité est un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, - l'organe précité est un alterno-démarreur ou une boîte de vitesses. The proposed cooling device may have the following characteristics, individually or in combination: the main radiator comprises a plurality of parallel passages, the ends of which open into a first and a second water boxes, at least one of the water being separated in two zones by a partition, - part of the passages opening into the zone of the second water box is traversed by the coolant in one direction or another depending on whether the thermostatic valve is open or closed, - the first water box is connected to the thermostatic valve, the zones of the second water box being respectively connected to the junction point and to the aforementioned member of the vehicle, the coolant is water and the temperature of the The opening of the thermostatic valve of the main radiator is between 88.degree. C. and 100.degree. C., and preferably of the order of 89.degree. st a device for partial recycling of exhaust gases, - the aforementioned member is an alternator-starter or a gearbox.
La présente invention concerne en outre un procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans lequel, lorsque la température du moteur est au-delà d'un seuil de température élevée, on fait circuler un fluide caloporteur à travers le moteur et un radiateur principal, caractérisé en ce que tant que la température du moteur reste en deçà du seuil de température élevée, on fait circuler, hors du moteur, une partie du fluide caloporteur à travers un refroidisseur auxiliaire d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et à travers le radiateur principal. The present invention furthermore relates to a cooling method for a motor vehicle in which, when the engine temperature is above a high temperature threshold, a heat transfer fluid is circulated through the engine and a main radiator, characterized in that that as long as the engine temperature remains below the high temperature threshold, a part of the coolant is circulated out of the engine through an auxiliary cooler of a partial exhaust gas recirculation device, and through the main radiator.
Avantageusement, le procédé utilise une pompe auxiliaire pour faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire. Advantageously, the method uses an auxiliary pump to circulate the coolant in the auxiliary cooler.
Avantageusement, le procédé comprend l'étape de, lorsque la température du moteur est supérieure au seuil de température élevée, faire circuler le fluide caloporteur à travers le moteur et à travers le circuit auxiliaire. Advantageously, the method comprises the step of, when the engine temperature is higher than the high temperature threshold, circulating the heat transfer fluid through the engine and through the auxiliary circuit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, lorsque la température du moteur est en-dessous d'une limite prédéterminée, et - la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un mode de réalisation de l'invention, lorsque la température du moteur est au-dessus d'une limite prédéterminée. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description of an embodiment taken by way of non-limiting example, in conjunction with the appended drawings, in which: FIG. 1 is a representation schematic of a cooling device of an embodiment of the invention, - Figure 2 is a schematic representation of a cooling device of an embodiment of the invention, when the engine temperature is in below a predetermined limit, and - Figure 3 is a schematic representation of a cooling device of an embodiment of the invention, when the engine temperature is above a predetermined limit.
Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de refroidissement comprend un circuit principal 1 de fluide caloporteur traversant le moteur 2. Le fluide caloporteur est généralement de l'eau, avec des additifs anti-gel. Le circuit principal 1 est équipé d'une pompe de circulation 3, d'une vanne thermostatique 4 et d'un radiateur principal 5. Un circuit auxiliaire 6 comprend une pompe auxiliaire 8 et un refroidisseur auxiliaire 7 destiné à refroidir un organe du véhicule. Le radiateur 5 comprend une pluralité de passages 9 parallèles dont l'ensemble des extrémités 10 d'un coté débouche dans une boîte à eau amont 12 et l'ensemble des extrémités 11 de l'autre coté débouche dans une boîte à eau aval 13. La boîte à eau aval 13 est partagée en deux zones 14 et 15 par une cloison 16. Une première zone 14 présente une première ouverture 19 reliée à une canalisation du circuit principal 1. Une deuxième zone 15 présente une deuxième ouverture 20. La boîte à eau amont 12 présente une ouverture principale 21 reliée au circuit principal 1. As illustrated in Figure 1, the cooling device comprises a main circuit 1 of coolant passing through the engine 2. The coolant is generally water, with anti-freeze additives. The main circuit 1 is equipped with a circulation pump 3, a thermostatic valve 4 and a main radiator 5. An auxiliary circuit 6 comprises an auxiliary pump 8 and an auxiliary cooler 7 for cooling a vehicle body. The radiator 5 comprises a plurality of parallel passages 9, all of the ends 10 of one side opening into an upstream water box 12 and the set of ends 11 on the other side opening into a downstream water box 13. The downstream water box 13 is divided into two zones 14 and 15 by a partition 16. A first zone 14 has a first opening 19 connected to a pipe of the main circuit 1. A second zone 15 has a second opening 20. upstream water 12 has a main opening 21 connected to the main circuit 1.
Les passages 9 peuvent être des tubes cylindriques, ou des plaques de n'importe quelle autre section transversale, aptes à laisser passer le fluide caloporteur. Les passages sont en matériaux thermoconducteurs et sont entourés d'ailettes de refroidissement 22 de manière à favoriser l'échange thermique entre l'air extérieur et le fluide caloporteur. La capacité de refroidissement du radiateur 5 est d'autant plus importante que l'air extérieur est froid et passe à travers les ailettes 22 du radiateur 5 à grande vitesse, que le fluide caloporteur est à température élevée et que le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur 5 est important. The passages 9 may be cylindrical tubes, or plates of any other cross section, able to pass the coolant. The passages are made of thermally conductive materials and are surrounded by cooling fins 22 so as to promote the heat exchange between the outside air and the coolant. The cooling capacity of the radiator 5 is all the more important that the outside air is cold and passes through the fins 22 of the radiator 5 at high speed, that the heat transfer fluid is at a high temperature and that the flow of heat transfer fluid through the radiator 5 is important.
La boîte à eau amont 12 comporte deux portions, une portion contenant les extrémités des passages débouchant dans la zone principale 14 et une portion correspondant à la deuxième zone 15. La partie du radiateur 5 comprenant l'ouverture 19, la zone principale 14 de la boîte à eau aval 13, les passages 9 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau amont 12, forme une partie principale 23 du radiateur 5. De même, l'ouverture 20, la deuxième zone 15, les passages 9 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau amont 12, forment une deuxième partie 24 du radiateur 6. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1, le raccordement amont des deux parties 23 et 24 du radiateur 5 à lieu à l'intérieur de la boîte à eau amont 12, et une seule ouverture 21 suffit à raccorder les deux parties de radiateur 23 et 24 au circuit principal 1. The upstream water box 12 comprises two portions, a portion containing the ends of the passages opening into the main zone 14 and a portion corresponding to the second zone 15. The part of the radiator 5 comprising the opening 19, the main zone 14 of the downstream water box 13, the corresponding passages 9 and the corresponding portion of the upstream water box 12, form a main part 23 of the radiator 5. Similarly, the opening 20, the second zone 15, the corresponding passages 9 and the corresponding portion of the upstream water box 12, form a second portion 24 of the radiator 6. In the embodiment illustrated in Figure 1, the upstream connection of the two parts 23 and 24 of the radiator 5 takes place inside the upstream water box 12, and a single opening 21 is sufficient to connect the two radiator parts 23 and 24 to the main circuit 1.
Une cloison 16 peut séparer les deux portions 23 et 24 de la boîte à eau amont 12. Les deux parties 23 et 24 du radiateur 5 sont alors raccordées chacune au circuit principal 1, à l'extérieur du radiateur 5. En variante, les deux portions de boîte à eau amont 12 peuvent également être séparées par un ajutage présentant une perte de charge pour le fluide transitant d'une portion à l'autre. Cela offre un degré de liberté supplémentaire pour régler les débits dans les différents circuits du dispositif. A partition 16 can separate the two portions 23 and 24 of the upstream water box 12. The two parts 23 and 24 of the radiator 5 are then each connected to the main circuit 1, outside the radiator 5. In a variant, the two Upstream water box portions 12 may also be separated by a nozzle having a pressure drop for the fluid passing from one portion to another. This provides an additional degree of freedom to adjust the rates in the different circuits of the device.
Le circuit auxiliaire 6 est relié au circuit principal 1 en un point de jonction 17 situé entre l'ouverture 19 du radiateur 5 et la pompe de circulation 3 du moteur 2. The auxiliary circuit 6 is connected to the main circuit 1 at a junction point 17 situated between the opening 19 of the radiator 5 and the circulation pump 3 of the engine 2.
L'invention est particulièrement utile lorsque l'organe du véhicule nécessite d'être tout particulièrement refroidi lorsque le moteur est froid. C'est le cas des organes de recyclage partiel des gaz d'échappement. The invention is particularly useful when the vehicle member needs to be particularly cooled when the engine is cold. This is the case of partial exhaust gas recirculation units.
Le circuit principal 1 peut aussi comprendre d'autre éléments non représentés sur la figure 1 tels que des vases d'expansion qui permettent de maintenir la pression du fluide caloporteur à l'intérieur du dispositif de refroidissement de sorte que l'eau peut circuler dans le dispositif jusqu'à environ 115 C sans être pour autant en ébullition. The main circuit 1 may also comprise other elements not shown in FIG. 1, such as expansion vessels which make it possible to maintain the pressure of the heat transfer fluid inside the cooling device so that the water can flow through the device up to about 115 C without being boiling.
Dans le dispositif décrit, la vanne thermostatique 4 s'ouvre lorsque la température du moteur atteint un seuil de température élevé qui est compris entre 88 C et 100 C et de préférence de l'ordre de 89 C. Pour la suite de la description, on appellera température basse la température en dessous du seuil de température élevée, et température élevée la température au-dessus du seuil de température élevée. In the device described, the thermostatic valve 4 opens when the engine temperature reaches a high temperature threshold which is between 88 C and 100 C and preferably of the order of 89 C. For the following description, the low temperature will be called the temperature below the high temperature threshold, and the high temperature the temperature above the high temperature threshold.
On va maintenant décrire le procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans une phase où le moteur est à une température basse, tel que représenté sue la figure 2. La vanne thermostatique 4 est fermée de sorte que le fluide caloporteur ne circule pas à travers le moteur 2, et la pompe de circulation 3 est inactive. Dans ces conditions, la totalité des calories générées par la combustion du moteur 2 du véhicule, qu'il s'agisse d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel, est utilisée pour réchauffer le moteur 2 le plus rapidement possible. Durant cette phase, la pompe auxiliaire 8 est en fonctionnement et fait circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du refroidisseur auxiliaire 7 et, par l'ouverture 19 via le point de jonction 17, à travers le radiateur 5. Le fluide caloporteur circule à travers les passages 9 de la partie principale 23 du radiateur 5, rentre dans la boîte à eau amont 12 et est orienté vers la partie 24 du radiateur 5. Le fluide traverse la partie 24 dans le sens opposé et sort par l'ouverture 20 pour rejoindre le circuit auxiliaire 6. On pourrait également concevoir que la pompe auxiliaire 8 fasse circuler le fluide caloporteur dans l'autre sens, c'est-à-dire en allant de l'ouverture 20 vers l'ouverture 19, puis en traversant le refroidisseur auxiliaire 7. We will now describe the cooling process for a motor vehicle in a phase where the engine is at a low temperature, as shown in Figure 2. The thermostatic valve 4 is closed so that the heat transfer fluid does not flow through the engine 2, and the circulation pump 3 is inactive. Under these conditions, all the calories generated by the combustion of the engine 2 of the vehicle, whether it is a gasoline engine or a diesel engine, is used to heat the engine 2 as quickly as possible. During this phase, the auxiliary pump 8 is in operation and circulates the coolant inside the auxiliary cooler 7 and, through the opening 19 via the junction point 17, through the radiator 5. The coolant flows at through the passages 9 of the main part 23 of the radiator 5, enters the upstream water box 12 and is directed towards the part 24 of the radiator 5. The fluid passes through the part 24 in the opposite direction and out through the opening 20 to to join the auxiliary circuit 6. It could also be conceived that the auxiliary pump 8 circulates the heat transfer fluid in the other direction, that is to say going from the opening 20 to the opening 19, then through the auxiliary cooler 7.
Lorsque la température du moteur est au-delà du seuil de température élevée tel que représenté sur la figure 3, la vanne thermostatique 4 est ouverte et le flux à l'intérieur du circuit principal 1 entre dans la boîte à eau amont 12 du radiateur 5. Le flux de fluide caloporteur traverse la partie principale 23 du radiateur 5 pour ressortir par l'ouverture 19 et rejoindre la circuit principal 1. Lorsque que le refroidisseur auxiliaire 7 est associé à un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement comme illustré sur la figure 3, le fluide caloporteur ne traverse plus le circuit auxiliaire 6 et la pompe auxiliaire 8 est arrêtée, de sorte que la totalité de la capacité calorifique du radiateur 5 est entièrement utilisée pour refroidir le moteur 2. When the engine temperature is above the high temperature threshold as shown in Figure 3, the thermostatic valve 4 is open and the flow inside the main circuit 1 enters the upstream water box 12 of the radiator 5 The coolant flow passes through the main part 23 of the radiator 5 to exit through the opening 19 and join the main circuit 1. When the auxiliary cooler 7 is associated with a partial exhaust gas recirculation device as shown in FIG. 3, the coolant no longer crosses the auxiliary circuit 6 and the auxiliary pump 8 is stopped, so that the entire heat capacity of the radiator 5 is fully used to cool the engine 2.
La partie 24 du radiateur 5 n'est utilisée que pour le refroidissement d'un organe de véhicule lorsque la température du moteur 2 est basse. Cette partie permet de faire circuler le fluide caloporteur dans le sens inverse de la partie principale 23 de sorte que la totalité de la capacité calorifique du radiateur 5 est utilisée pour le circuit auxiliaire 6. Part 24 of the radiator 5 is only used for cooling a vehicle member when the temperature of the engine 2 is low. This part makes it possible to circulate the coolant in the opposite direction of the main part 23 so that the totality of the heat capacity of the radiator 5 is used for the auxiliary circuit 6.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, la partie principale 23 et la partie 24 sont utilisées lorsque le moteur 2 est à basse température, pour refroidir des gaz d'échappement destinés à être recyclés à l'admission du moteur pendant que le moteur est isolé pour permettre son réchauffement le plus rapide possible. Le réchauffement optimisé du moteur peut aussi servir à alimenter un aérotherme destiné à chauffer l'habitacle du véhicule et pour lequel on souhaite obtenir le plus rapidement possible une élévation de la température du fluide caloporteur à 70 C. A température élevée, le radiateur 5 est alors utilisé principalement pour refroidir le moteur 2. In the embodiment illustrated in FIG. 2, the main part 23 and the part 24 are used when the engine 2 is at a low temperature, for cooling exhaust gases intended to be recycled at the intake of the engine while the motor is isolated to allow its warming as fast as possible. The optimized heating of the engine can also be used to power a heater for heating the passenger compartment and for which it is desired to obtain as quickly as possible an increase in the temperature of the coolant at 70 C. At high temperature, the radiator 5 is then used mainly to cool the engine 2.
Le refroidisseur 7 peut être utilisé pour refroidir des organes de véhicule à température élevée tels qu'un dispositif de récupération d'une partie des gaz d'échappement (EGR) en vue de leur recyclage à l'admission du moteur ou bien un autre organe du véhicule tel qu'un alterno-démarreur. On pourrait aussi concevoir de refroidir d'autres organes tels que la boîte de vitesses du véhicule. The cooler 7 may be used for cooling high temperature vehicle components such as a device for recovering part of the exhaust gas (EGR) for recycling at the intake of the engine or another organ of the vehicle such as an alternator-starter. It could also be conceived to cool other organs such as the vehicle gearbox.
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