FR2923261A1

FR2923261A1 - Expansion tank for cooling circuit of vehicle's internal combustion engine, has container including chamber provided with parts that contain liquid and air, respectively, and other chamber that receives pressurization unit pressurizing air

Info

Publication number: FR2923261A1
Application number: FR0707795A
Authority: FR
Inventors: Laurent Germes
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-08

Abstract

The tank (40) has a hollow cube shaped hermetic container (41) including a chamber (44) provided with lower and upper parts that contain cooling liquid i.e. glycol, and air, respectively. The container has a chamber (45) that receives a mechanical pressurization unit. The pressurization unit with a piston (46) pressurizes the air contained in the container. The pressurization unit is connected to the chamber (44) by a circular arc sectioned channel (42A) that is opened in the upper part of the chamber (44) of the container.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le refroidissement des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un vase d'expansion d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comportant un boîtier apte à contenir un liquide de refroidissement et de l'air. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant un circuit de refroidissement primaire et un tel vase d'expansion. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE En fonctionnement, un moteur à combustion interne s'échauffe fortement. Cet échauffement, bien que bénéfique au rendement du moteur lorsque la température du moteur reste limitée, peut rapidement engendrer une casse du moteur si ce dernier n'est pas suffisamment refroidi. C'est la raison pour laquelle un moteur à combustion interne est toujours pourvu d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un liquide de refroidissement destiné à refroidir les organes du moteur. La circulation du liquide de refroidissement dans le circuit est classiquement générée par une pompe reliée au vilebrequin du moteur. Lors de l'échauffement du moteur, le liquide de refroidissement se dilate et la pression du liquide augmente dans le circuit. La variation du volume du liquide de refroidissement entre le moment où le moteur est froid et celui où le moteur est chaud est absorbée par un volume d'air situé dans un réservoir de liquide de refroidissement, appelé vase d'expansion. Il existe différents types de vases d'expansion. On connaît par exemple un vase d'expansion dit ouvert , comportant un boîtier qui contient le liquide de refroidissement et le volume d'air. Ce boîtier présente sur sa face supérieure une ouverture qui relie le volume d'air à l'atmosphère. De cette manière, la pression du liquide de refroidissement reste constamment sensiblement égale à la pression atmosphérique. Toutefois, cette faible pression du liquide de refroidissement peut générer des problèmes au niveau de la pompe. TECHNICAL FIELD TO WHICH THE INVENTION RELATES The present invention generally relates to the cooling of internal combustion engines. It relates more particularly to an expansion tank of a cooling circuit of an internal combustion engine, comprising a housing adapted to contain a coolant and air. It also relates to an internal combustion engine comprising a primary cooling circuit and such an expansion tank. BACKGROUND In operation, an internal combustion engine heats up strongly. This heating, although beneficial to engine performance when the engine temperature remains limited, can quickly cause engine failure if the engine is not sufficiently cooled. This is the reason why an internal combustion engine is always provided with a cooling circuit in which circulates a coolant for cooling the engine components. The circulation of the coolant in the circuit is conventionally generated by a pump connected to the crankshaft of the engine. When the engine warms up, the coolant expands and the fluid pressure increases in the circuit. The variation in the volume of the coolant between the time when the engine is cold and that when the engine is hot is absorbed by a volume of air located in a coolant tank, called expansion tank. There are different types of expansion vessels. For example, an open expansion tank is known having a housing which contains the coolant and the volume of air. This housing has on its upper face an opening that connects the volume of air to the atmosphere. In this way, the pressure of the coolant remains constantly substantially equal to the atmospheric pressure. However, this low coolant pressure can cause problems at the pump.

Il est en effet bien connu que la pression de vapeur saturante d'un fluide (pression en dessous de laquelle ce fluide est en phase gazeuse et au-dessus de laquelle il est en phase liquide) augmente lorsque sa température augmente. Il est également bien connu que les pales d'une pompe créent de fortes dépressions, c'est-à-dire des chutes de pression très localisées. Par conséquent, lorsque le moteur est chaud, il existe un risque que la pression du liquide de refroidissement autour des pales de la pompe devienne inférieure à la pression de vapeur saturante. Cette dépression engendre des bulles de vapeur autour des pales de la pompe, on parle alors de cavitation. Ces bulles changent totalement le comportement du liquide, de sorte qu'on observe une chute du rendement de la pompe. En outre, le plus souvent, la bulle de vapeur est transitoire (son apparition élimine instantanément les conditions qui lui ont donné naissance). II se produit donc une implosion de la bulle. Cette dernière peut-être si violente que les pression et température à l'intérieur de la bulle peuvent prendre des valeurs très élevées (plusieurs milliers de bar, plusieurs milliers de Kelvin). En implosant, la bulle émet une onde de choc dans le liquide de refroidissement qui peut perforer les métaux et qui génère un bruit important. Afin de réduire ces phénomènes de cavitation, on connaît un vase d'expansion froid dans lequel l'ouverture du boîtier est obturée par un bouchon muni d'une valve de sécurité. Ainsi, lorsque le liquide de refroidissement s'échauffe et se dilate, sa chaleur se transmet au volume d'air qui s'échauffe et se dilate également. Les pressions de l'air et du liquide de refroidissement restent ainsi élevées ce qui limite la cavitation de la pompe. On connaît aussi un vase d'expansion chaud , similaire au vase d'expansion froid, dont le boîtier est en outre muni d'une ouverture disposée au-dessus du niveau du liquide de refroidissement. Cette ouverture est reliée au circuit de refroidissement par une durit de manière que les éventuelles bulles d'air présentes dans le circuit s'échappent vers le boîtier via cette durit. Un mélange de gaz et de liquide débouche donc par cette ouverture dans l'air contenu dans le boîtier, ce qui augmente la vitesse d'échauffement de l'air. Les pressions de l'air et du liquide de refroidissement augmentent donc rapidement après le démarrage du moteur, ce qui limite très rapidement les phénomènes de cavitation. Toutefois, dans ces vases d'expansion, la pression du liquide, et par conséquent les phénomènes de cavitation, dépendent uniquement de la température du liquide, si bien que ces phénomènes peuvent subsister en particulier lorsque le liquide de refroidissement n'est pas encore chaud. It is well known that the saturated vapor pressure of a fluid (pressure below which the fluid is in the gas phase and above which it is in the liquid phase) increases as its temperature increases. It is also well known that the blades of a pump create strong depressions, that is to say very localized pressure drops. Therefore, when the engine is hot, there is a risk that the coolant pressure around the pump blades will become less than the saturating vapor pressure. This depression generates steam bubbles around the pump blades, so called cavitation. These bubbles completely change the behavior of the liquid, so that a drop in the efficiency of the pump is observed. In addition, most often, the vapor bubble is transient (its appearance instantly eliminates the conditions that gave birth to it). There is therefore an implosion of the bubble. The latter may be so violent that the pressure and temperature inside the bubble can take very high values (several thousand bar, several thousand Kelvin). By imploding, the bubble emits a shock wave into the coolant that can puncture the metals and generates a lot of noise. In order to reduce these cavitation phenomena, a cold expansion vessel is known in which the opening of the housing is closed by a plug provided with a safety valve. Thus, when the coolant heats up and expands, its heat is transmitted to the volume of air that heats up and expands as well. The air and coolant pressures thus remain high, which limits the cavitation of the pump. Also known is a hot expansion vessel, similar to the cold expansion vessel, whose housing is further provided with an opening disposed above the level of the coolant. This opening is connected to the cooling circuit by a hose so that any air bubbles present in the circuit escape to the housing via this hose. A mixture of gas and liquid therefore opens through this opening in the air contained in the housing, which increases the rate of heating of the air. The pressures of the air and the coolant therefore increase rapidly after starting the engine, which very quickly limits the cavitation phenomena. However, in these expansion tanks, the liquid pressure, and therefore the cavitation phenomena, depend solely on the temperature of the liquid, so that these phenomena can remain especially when the coolant is not yet hot. .

OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau vase d'expansion apte à limiter les phénomènes de cavitation quelle que soit la température du liquide de refroidissement. OBJECT OF THE INVENTION In order to overcome the aforementioned drawback of the state of the art, the present invention proposes a new expansion vessel capable of limiting the cavitation phenomena whatever the temperature of the cooling liquid.

Plus particulièrement, on propose selon l'invention un vase d'expansion tel que défini dans l'introduction, dans lequel il est prévu des moyens mécaniques de pressurisation de l'air contenu dans le boîtier. More particularly, it is proposed according to the invention an expansion vessel as defined in the introduction, wherein there is provided mechanical means for pressurizing the air contained in the housing.

Ainsi, grâce à l'invention, les moyens de pressurisation ne sont pas tributaires de la température du liquide de refroidissement. Ils permettent en particulier de réguler la pression du liquide de refroidissement en fonction non seulement de la température du liquide, mais aussi d'autres paramètres tels que la sensibilité de la pompe à la cavitation. Certaines pompes sont en effet plus sujettes que d'autres à la cavitation. De cette manière quelle que soit la pompe utilisée, il est possible de réguler la pression du liquide de refroidissement de manière que la pompe ne soit jamais exposée au phénomène de cavitation. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du vase d'expansion conforme à l'invention sont les suivantes : - les moyens mécaniques de pressurisation comportent un piston disposé dans le boîtier ; - les moyens mécaniques de pressurisation comportent des moyens d'actionnement pourvus d'un moteur pas-à-pas ou d'une pompe à air ou d'un 15 bulbe de cire muni d'une résistance chauffante ; et - le boîtier comporte, d'une part, une première chambre qui présente une partie inférieure apte à contenir le liquide de refroidissement et une partie supérieure remplie d'air, et, d'autre part, une seconde chambre d'accueil des moyens mécaniques de pressurisation qui est raccordée à ladite première 20 chambre par un canal débouchant dans ladite partie supérieure. L'invention concerne également un moteur à combustion interne tel que défini en introduction, qui comprend un tel vase d'expansion, des moyens de communication entre ledit circuit de refroidissement primaire et le vase d'expansion, et une unité de pilotage desdits moyens mécaniques de 25 pressurisation. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce moteur à combustion interne conforme à l'invention sont les suivantes : - l'unité de pilotage comporte des moyens de mesure de la température du liquide de refroidissement et est adaptée à piloter les moyens mécaniques de 30 pressurisation en fonction de la température mesurée du liquide de refroidissement ; - l'unité de pilotage comporte des moyens de mesure de la pression du liquide de refroidissement et est adaptée à piloter les moyens mécaniques de pressurisation en fonction de la pression mesurée du liquide de refroidissement ; 35 - le circuit de refroidissement primaire comportant une pompe dont une valeur caractéristique de sa propension à caviter est connue, l'unité de pilotage est adaptée à piloter les moyens mécaniques de pressurisation en fonction de cette valeur caractéristique ; - les moyens de communication comportent un unique conduit prenant naissance au fond du boîtier du vase d'expansion et débouchant dans le circuit de refroidissement primaire ; - le boîtier présentant une partie inférieure apte à contenir le liquide de refroidissement et une partie supérieure remplie d'air, les moyens de communication comportent un premier conduit qui prend naissance dans la partie inférieure du boîtier du vase d'expansion et qui débouche dans le circuit de refroidissement primaire et un second conduit qui prend naissance dans le circuit de refroidissement primaire et qui débouche dans la partie supérieure du boîtier ; et - le vase d'expansion comporte un brise-jet situé en regard du débouché dudit second conduit dans le boîtier. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique des moyens de refroidissement d'un moteur à combustion interne comportant un vase d'expansion selon l'invention dont les moyens de pressurisation sont en état désactivé ; - la figure 2 est une vue schématique des moyens de refroidissement et du vase d'expansion de la figure 1 dont les moyens de pressurisation sont en état activé ; - la figure 3 est un graphique représentant l'évolution de la différence de pressions entre la sortie et l'entrée d'une pompe installée sur les moyens de refroidissement de la figure 1, en fonction de la pression en entrée de cette pompe ; et - la figure 4 est un graphique représentant, d'une part, la variation (F4) de la température du liquide de refroidissement en fonction de sa pression de vapeur saturante, et, d'autre part, les variations (F1, F2, F3) de la différence de pressions entre la sortie et l'entrée de la pompe, en fonction de la pression P en entrée de la pompe, pour trois régimes du moteur différents. Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement un moteur à 35 combustion interne 1 qui comporte un bloc-moteur 10 et des moyens de refroidissement 20, 30, 40, 50 du bloc-moteur 10. Sur ces figures, le flèches indiquent le sens de l'écoulement du liquide de refroidissement (glycol) du moteur à combustion interne 1. Dans la description, les termes amont et aval seront utilisés suivant ce sens de l'écoulement du liquide de refroidissement. Le bloc-moteur 10 comporte ici classiquement quatre cylindres 11 dans 5 lesquels peuvent coulisser quatre pistons (non représentés) afin d'entraîner en rotation un vilebrequin (non représenté). Les moyens de refroidissement comportent quant à eux un circuit de refroidissement primaire 20, un circuit de refroidissement secondaire 30, un vase d'expansion 40 et une unité de pilotage 50 du moteur à combustion interne 1. l0 Le circuit de refroidissement primaire 20 comporte un canal intérieur 22 qui traverse le bloc-moteur 10, un conduit amont 23 qui raccorde une extrémité du canal intérieur 22 à une entrée d'un radiateur 21, et un conduit aval 24 qui raccorde une sortie du radiateur 21 à une entrée d'une pompe 12. Le radiateur 21 est un échangeur thermique eau/air utilisé pour abaisser 15 la température du liquide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement primaire 20. Il est ici muni d'un ventilateur 22 qui permet de forcer la circulation de l'air à travers le radiateur 21 afin d'accroître son efficacité thermique. La pompe 12 est entraînée en rotation par le vilebrequin et comporte une 20 sortie branchée sur l'autre extrémité du canal intérieur 22. Elle permet de faire circuler le liquide de refroidissement dans le canal intérieur 22 et par conséquent dans tout le circuit de refroidissement primaire 20. La pompe 12 présente des caractéristiques de fonctionnement qui lui sont propres. L'une de ses caractéristiques, à savoir sa propension à caviter, peut 25 être définie au moyen d'une courbe d'efficacité Cl représentée sur le graphique de la figure 3. Ce graphique représente, pour une pompe donnée, un liquide de refroidissement donné, une température du liquide donnée et une vitesse de rotation de la pompe donnée, la variation de la différence de pressions DP du liquide de refroidissement entre la sortie et l'entrée de la pompe 12, en fonction de 30 la pression P du liquide en entrée de la pompe. Cette courbe d'efficacité Cl peut être approchée par deux asymptotes C2, C3 dont l'une approche la courbe lorsque la pression en entrée de la pompe 12 tend vers la pression atmosphérique Po, et dont l'autre approche la courbe lorsque la pression en entrée de la pompe 12 tend vers l'infini. L'intersection de 35 ces deux asymptotes C2, C3 présente une abscisse égale à une pression de cavitation Px qui est caractéristique de la propension de la pompe à caviter. La valeur de cette pression de cavitation Px est en moyenne supérieure à la pression atmosphérique Po d'environ 400 millibars. La valeur de cette pression de cavitation Px peut être légèrement supérieure à cette moyenne si la pompe présente une bonne résistance à la cavitation, et peut au contraire être légèrement inférieure à cette moyenne si la pompe est sensible à la cavitation. Thus, thanks to the invention, the pressurizing means are not dependent on the temperature of the coolant. They allow in particular to regulate the pressure of the coolant depending not only on the temperature of the liquid, but also other parameters such as the sensitivity of the pump to cavitation. Some pumps are indeed more prone than others to cavitation. In this way, whatever the pump used, it is possible to regulate the coolant pressure so that the pump is never exposed to the cavitation phenomenon. Other advantageous and non-limiting features of the expansion vessel according to the invention are the following: the mechanical pressurization means comprise a piston disposed in the housing; the mechanical pressurizing means comprise actuating means provided with a stepper motor or an air pump or a wax bulb provided with a heating resistor; and the housing comprises, on the one hand, a first chamber which has a lower part adapted to contain the cooling liquid and an upper part filled with air, and, on the other hand, a second chamber for receiving means mechanical pressurization which is connected to said first chamber by a channel opening into said upper part. The invention also relates to an internal combustion engine as defined in the introduction, which comprises such an expansion tank, means of communication between said primary cooling circuit and the expansion tank, and a control unit of said mechanical means. of 25 pressurization. Other advantageous and non-limiting characteristics of this internal combustion engine according to the invention are the following: the control unit comprises means for measuring the temperature of the cooling liquid and is adapted to control the mechanical means of Pressurization according to the measured temperature of the coolant; - The control unit comprises means for measuring the pressure of the coolant and is adapted to control the pressurizing mechanical means as a function of the measured pressure of the coolant; The primary cooling circuit comprising a pump whose characteristic value of its propensity to cavitate is known, the control unit is adapted to control the pressurizing mechanical means as a function of this characteristic value; - The communication means comprise a single conduit originating at the bottom of the expansion vessel housing and opening into the primary cooling circuit; - The housing having a lower portion adapted to contain the coolant and an upper part filled with air, the communication means comprise a first conduit which originates in the lower part of the expansion vessel housing and which opens into the primary cooling circuit and a second conduit which originates in the primary cooling circuit and which opens into the upper part of the housing; and the expansion vessel comprises a jetbreaker located facing the outlet of said second conduit in the housing. DETAILED DESCRIPTION OF AN EXEMPLARY EMBODIMENT The following description, with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting example, will make it clear what the invention consists of and how it can be achieved. In the accompanying drawings: - Figure 1 is a schematic view of the cooling means of an internal combustion engine comprising an expansion tank according to the invention, the pressurizing means are in the deactivated state; - Figure 2 is a schematic view of the cooling means and the expansion tank of Figure 1, the pressurizing means are in the activated state; FIG. 3 is a graph showing the evolution of the pressure difference between the outlet and the inlet of a pump installed on the cooling means of FIG. 1, as a function of the inlet pressure of this pump; and FIG. 4 is a graph representing, on the one hand, the variation (F4) of the temperature of the cooling liquid as a function of its saturation vapor pressure, and, on the other hand, the variations (F1, F2, F3) of the pressure difference between the outlet and the inlet of the pump, as a function of the pressure P at the input of the pump, for three different engine speeds. FIGS. 1 and 2 show diagrammatically an internal combustion engine 1 which comprises a motor unit 10 and cooling means 20, 30, 40, 50 of the engine block 10. In these figures, the arrows indicate the direction of flow of the coolant (glycol) of the internal combustion engine 1. In the description, the terms upstream and downstream will be used in this direction of the flow of the coolant. The engine block 10 here comprises conventionally four cylinders 11 in which four pistons (not shown) can slide in order to rotate a crankshaft (not shown). The cooling means comprise a primary cooling circuit 20, a secondary cooling circuit 30, an expansion tank 40 and a control unit 50 of the internal combustion engine 1. The primary cooling circuit 20 comprises a internal channel 22 which passes through the engine block 10, an upstream pipe 23 which connects an end of the inner channel 22 to an inlet of a radiator 21, and a downstream pipe 24 which connects an outlet of the radiator 21 to an inlet of a pump 12. The radiator 21 is a water / air heat exchanger used to lower the temperature of the coolant circulating in the primary cooling circuit 20. It is here provided with a fan 22 which makes it possible to force the circulation of the air through the radiator 21 to increase its thermal efficiency. The pump 12 is rotated by the crankshaft and has an outlet connected to the other end of the inner channel 22. It circulates the coolant in the inner channel 22 and hence throughout the primary coolant circuit. 20. The pump 12 has its own operating characteristics. One of its characteristics, namely its propensity to cavitate, can be defined by means of an efficiency curve C1 represented on the graph of FIG. 3. This graph represents, for a given pump, a coolant. given, a given liquid temperature and a given rotational speed of the pump, the variation of the pressure difference DP of the coolant between the outlet and the inlet of the pump 12, as a function of the pressure P of the liquid at the pump inlet. This efficiency curve C1 can be approximated by two asymptotes C2, C3, one approaching the curve when the inlet pressure of the pump 12 tends towards the atmospheric pressure Po, and the other approaches the curve when the pressure in pump inlet 12 goes to infinity. The intersection of these two asymptotes C2, C3 has an abscissa equal to a cavitation pressure Px which is characteristic of the propensity of the pump to cavitate. The value of this cavitation pressure Px is on average greater than the atmospheric pressure Po of approximately 400 millibars. The value of this cavitation pressure Px may be slightly higher than this average if the pump has good resistance to cavitation, and may on the contrary be slightly lower than this average if the pump is sensitive to cavitation.

Quoi qu'il en soit, l'unité de pilotage 50 mémorise les valeurs prédéterminées d'une pluralité de pressions de cavitation Px associées à différentes températures du liquide de refroidissement et/ou à différents régimes du moteur. Le circuit de refroidissement secondaire 30 comporte quant à lui une conduite qui est branchée sur le conduit amont 23 du circuit de refroidissement primaire 20 et qui débouche dans une seconde entrée de la pompe 12. Cette conduite est pourvue d'un aérotherme 31 qui forme un échangeur thermique eau/air permettant non seulement de refroidir le liquide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement secondaire 30, mais aussi de réchauffer de l'air afin de l'injecter dans l'habitacle du véhicule qui est pourvu de ce moteur à combustion interne 1. Le vase d'expansion 40 constitue quant à lui un réservoir de liquide de refroidissement. Il comporte un boîtier 41 hermétique qui contient, dans une partie inférieure, du liquide de refroidissement, et, dans une partie supérieure, de l'air. In any event, the control unit 50 stores the predetermined values of a plurality of cavitation pressures Px associated with different coolant temperatures and / or at different engine speeds. The secondary cooling circuit 30 comprises meanwhile a pipe which is connected to the upstream pipe 23 of the primary cooling circuit 20 and which opens into a second inlet of the pump 12. This pipe is provided with a heater 31 which forms a water / air heat exchanger not only for cooling the coolant circulating in the secondary cooling circuit 30, but also for heating air to inject it into the passenger compartment of the vehicle which is provided with this combustion engine 1. The expansion tank 40 is in turn a reservoir of coolant. It comprises a sealed housing 41 which contains, in a lower part, coolant, and in an upper part, air.

Plus précisément, ce boîtier 41 présente ici une forme de cube creux avec quatre parois latérales, une paroi de fond et une paroi supérieure. Ce cube comporte en outre intérieurement deux tubes 42, 43 coaxiaux de diamètres différents qui sont disposés verticalement et qui sont insérés l'un dans l'autre de sorte qu'un interstice 42A les sépare. Le tube interne 42 présente un diamètre intérieur compris entre 5 et 10 millimètres. Le tube interne 42 s'étend depuis la paroi supérieure du boîtier 41 vers sa paroi de fond, sur au moins la moitié de la hauteur du boîtier 41. Ici, son extrémité libre basse est située à proximité de la paroi de fond du boîtier 41. La paroi supérieure du boîtier 41 comporte une première ouverture située dans le prolongement du tube interne 42, de sorte que ce dernier est ouvert vers l'extérieur du côté de son extrémité haute. Le tube externe 43 s'étend quant à lui depuis la paroi de fond du boîtier 41 vers sa paroi supérieure, sur une hauteur supérieure à la différence de hauteurs entre le boîtier 41 et le tube interne 42. Ici, son extrémité libre haute est située à proximité de la paroi supérieure du boîtier 41. Le tube interne 42 est ici situé dans le boîtier 41 de manière que la face extérieure de sa paroi latérale tangente la face intérieure de l'une des parois latérales du boîtier. La paroi latérale du tube externe 43 est alors tronquée sur toute sa hauteur par cette paroi latérale du boîtier 41. De cette manière l'interstice défini entre les deux tubes interne 42 et externe 43 forme un canal 42A, de section en arc de cercle, qui relie deux chambres distinctes du boîtier. Une première chambre 44 du boîtier 41 est située à l'extérieur du tube externe 43 tandis qu'une seconde chambre 45 est située à l'intérieur du tube interne 42. La première chambre 44 est conçue pour contenir l'ensemble du liquide de refroidissement. A cet effet, lorsque les circuits de refroidissement primaire 20 et secondaire 30 sont remplis de liquide de refroidissement, le niveau de liquide de refroidissement dans la première chambre 44 est prévu pour rester compris entre un niveau minimum et un niveau maximum s'étendant sous l'extrémité libre haute du tube externe 43. Le boîtier 41 comporte en outre, sur sa paroi supérieure, une seconde ouverture qui est située au-dessus de la première chambre 44 et qui est fermée par un bouchon 47A muni d'une valve de sécurité permettant, si la pression de l'air à l'intérieur du boîtier 41 est trop importante (ici supérieure à 1,4 bars), de laisser s'échapper l'air. Le moteur à combustion interne 1 comporte en outre des moyens de communication du liquide de refroidissement contenu dans le vase d'expansion 40 avec le liquide contenu dans le circuit de refroidissement primaire 20. Ces moyens de communication comportent une durit principale 48 qui est branchée sur la paroi de fond du boîtier 41, au niveau de la première chambre 44, et qui débouche dans le conduit amont 23. Ils comportent en outre une durit de dégazage 49 qui est branchée sur une paroi latérale du boîtier 41, au-dessus du niveau maximum de la première chambre 44, et qui débouche dans le conduit aval 24. Cette durit de dégazage 49 permet, si des bulles d'air se sont infiltrées dans le circuit de refroidissement primaire 20, de les évacuer vers le vase d'expansion 40. Le vase d'expansion 40 comporte par ailleurs un volet 47 qui est fixé sous le bouchon 47A du boîtier 41, et dont une des deux faces est située en regard du débouché de la durit de dégazage 49 dans le boîtier 41. Ce volet 47 forme ainsi un brise-jet contre lequel impactent les flux d'air et de liquide de refroidissement débouchant dans le boîtier 41 par cette durit de dégazage 49. De cette manière, le liquide de refroidissement ne s'infiltre pas dans le canal 42A et dans la seconde chambre 45 du boîtier 41. Dans une variante non représentée de réalisation du vase d'expansion, les moyens de communication comportent une unique durit qui est branchée sur la paroi de fond du boîtier et qui débouche dans le conduit amont. Dans cette variante, l'air compris dans le boîtier chauffe moins rapidement et se dilate donc moins rapidement. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le vase d'expansion 40 comporte des moyens mécaniques de pressurisation 46 de l'air contenu dans le boîtier 41. Avantageusement, les moyens mécaniques de pressurisation comportent un piston 46 qui est logé et adapté à coulisser dans le tube interne 42. Ce piston 46 présente un diamètre égal, au jeu près, au diamètre intérieur du tube interne 42 et est réalisé en matière plastique ou en aluminium. La face inférieure de ce piston 46 est donc au contact de l'air présent dans le boîtier, alors que sa face supérieure est au contact de l'atmosphère. Le piston 46 formant un joint étanche entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier 41, sa position le long du tube interne 42 fait varier la pression de l'air compris dans le boîtier 41, et par conséquent celle du liquide de refroidissement présent dans le boîtier et dans les circuits de refroidissement primaire et secondaire 20, 30. Le piston est déplacé axialement le long du tube interne 42 par des moyens d'actionnement ad hoc pilotés par l'unité de pilotage 50. Ces moyens d'actionnement peuvent être de tout type, électromécaniques, électromagnétiques, pneumatiques... Ces moyens d'actionnement peuvent par exemple comporter un moteur pas-à-pas dont l'arbre de sortie est muni d'un engrenage qui engrène avec une crémaillère raccordée à la face supérieure du piston. En variante, les moyens d'actionnement peuvent comporter une pompe à air adaptée à mettre en pression l'air situé au-dessus du piston pour pousser ce dernier vers le bas du tube interne 42, la pression de l'air à l'intérieur du boîtier 41 permettant quant à elle de rappeler le piston en position haute. En variante encore, les moyens d'actionnement peuvent comporter une résistance chauffante associée à un bulbe de cire dans lequel est enfichée une extrémité libre d'une tige dont l'autre extrémité est raccordée à la face supérieure du piston. La résistance chauffante est alors adaptée à faire fondre tout ou partie de la cire pour permettre une augmentation importante du volume de la cire. Ainsi, selon la température de la résistance, la température de la cire augmente aussi. Une partie de la cire change d'état et se transforme en cire liquide. Cette cire liquide occupe un volume plus important que la cire solide. Or, la portion de l'extrémité de la tige pénétrant dans la cire occupe un certain volume. Le volume supplémentaire occupé par la cire liquide s'oppose au volume occupé par la portion de l'extrémité de la tige pénétrant dans la cire. De ce fait, l'effort de pression généré par le volume occupé par la cire liquide chasse le volume occupé par la portion de l'extrémité de la tige pénétrant dans la cire, ce qui permet de faire varier la position du piston 46 le long du tube interne 42. Lorsque la cire refroidit, la pression de l'air à l'intérieur du boîtier 41 permet alors de pousser le piston 46 vers le haut de manière à repousser la tige dans le bulbe. L'unité de pilotage 50 comporte des moyens de mesure de la température et de la pression du liquide de refroidissement. Ces moyens de mesure comportent un capteur de température 51 disposé à l'intérieur de la pompe 12, ainsi que deux capteurs de pression dont l'un 52 est situé dans le conduit amont 23 du circuit de refroidissement primaire 20 et dont l'autre est situé dans la durit principale 48. En fonctionnement, le vilebrequin du moteur à combustion interne 1 entraîne la pompe 12 en rotation de manière que le liquide de refroidissement entre dans le canal intérieur 22 du circuit de refroidissement primaire 20. A la sortie de ce canal, une majeure partie du liquide de refroidissement suit le circuit de refroidissement primaire 20 et passe au travers du radiateur 21, tandis que la partie restante du liquide de refroidissement entre dans le circuit de refroidissement secondaire 30 et passe au travers de l'aérotherme 31. Puis ces deux parties du liquide de refroidissement se rejoignent dans la pompe 12 où elles sont à nouveau injectées dans le canal intérieur 22. Lorsque le moteur s'échauffe, le liquide de refroidissement s'échauffe également et se dilate. Par conséquent, les températures du liquide de refroidissement et de l'air contenus dans le boîtier 41 du vase d'expansion 40 augmentent aussi. D'autre part, la pression de vapeur saturante du liquide de refroidissement, qui est fonction de la température de ce liquide, augmente également. Lors de cet échauffement, l'unité de pilotage 50 est adaptée à piloter et à réguler la pression du liquide de refroidissement mesurée par les capteurs de pression 52, 53, en fonction de la pression et de la température mesurées par les capteurs de pression et de température 51, 52 et du régime du moteur. L'objectif de ce pilotage est que les dépressions générées par la pompe 12 n'induisent pas une chute de la pression du liquide de refroidissement en dessous de la pression de vapeur saturante, ce qui engendrerait de la cavitation. More specifically, this housing 41 here has a hollow cube shape with four side walls, a bottom wall and an upper wall. This cube furthermore comprises internally two coaxial tubes 42, 43 of different diameters which are arranged vertically and which are inserted into one another so that a gap 42A separates them. The inner tube 42 has an inner diameter of between 5 and 10 millimeters. The inner tube 42 extends from the top wall of the housing 41 to its bottom wall, over at least half the height of the housing 41. Here, its free end low is located near the bottom wall of the housing 41 The upper wall of the housing 41 has a first opening located in the extension of the inner tube 42, so that the latter is open towards the outside of the side of its upper end. The outer tube 43 extends from the bottom wall of the housing 41 to its upper wall, over a height greater than the difference in height between the housing 41 and the inner tube 42. Here, its free end is located high close to the upper wall of the housing 41. The inner tube 42 is here located in the housing 41 so that the outer face of its side wall tangents the inner face of one of the side walls of the housing. The side wall of the outer tube 43 is then truncated over its entire height by this side wall of the housing 41. In this way, the gap defined between the two inner and outer tubes 42 forms a channel 42A of arcuate section. which connects two separate chambers of the housing. A first chamber 44 of the housing 41 is located outside the outer tube 43 while a second chamber 45 is located inside the inner tube 42. The first chamber 44 is designed to contain all the coolant. . For this purpose, when the primary and secondary cooling circuits 30 are filled with coolant, the level of coolant in the first chamber 44 is provided to remain between a minimum level and a maximum level extending under high free end of the outer tube 43. The housing 41 further comprises, on its upper wall, a second opening which is located above the first chamber 44 and which is closed by a plug 47A provided with a safety valve allowing, if the pressure of the air inside the housing 41 is too high (here above 1.4 bars), let air escape. The internal combustion engine 1 further comprises means for communicating the cooling liquid contained in the expansion tank 40 with the liquid contained in the primary cooling circuit 20. These communication means comprise a main hose 48 which is connected to the bottom wall of the housing 41, at the level of the first chamber 44, and which opens into the upstream conduit 23. They further comprise a degassing hose 49 which is connected to a side wall of the housing 41, above the level maximum of the first chamber 44, and which opens into the downstream conduit 24. This degassing hose 49 allows, if air bubbles have infiltrated into the primary cooling circuit 20, to evacuate to the expansion tank 40 The expansion vessel 40 further comprises a flap 47 which is fixed under the plug 47A of the housing 41, and one of whose two faces is located opposite the outflow of the degassing hose 49 in the booth. 41. This flap 47 thus forms a jet-breaker against which the air and cooling liquid flows into the housing 41 through this degassing hose 49. In this way, the coolant does not infiltrate. in the channel 42A and in the second chamber 45 of the housing 41. In a not shown embodiment of the expansion vessel, the communication means comprise a single hose which is connected to the bottom wall of the housing and which opens into the upstream duct. In this variant, the air included in the housing heats less rapidly and therefore expands less rapidly. According to a particularly advantageous characteristic of the invention, the expansion vessel 40 comprises mechanical pressurizing means 46 for the air contained in the housing 41. Advantageously, the mechanical pressurizing means comprise a piston 46 which is housed and adapted to slide in the inner tube 42. This piston 46 has a diameter equal, clearance, to the inner diameter of the inner tube 42 and is made of plastic or aluminum. The lower face of this piston 46 is in contact with the air present in the housing, while its upper face is in contact with the atmosphere. The piston 46 forming a seal between the inside and outside of the housing 41, its position along the inner tube 42 varies the pressure of the air included in the housing 41, and therefore that of the coolant present in the housing and in the primary and secondary cooling circuits 20, 30. The piston is displaced axially along the inner tube 42 by ad hoc actuating means controlled by the control unit 50. These actuating means can be of any type, electromechanical, electromagnetic, pneumatic ... These actuating means may for example comprise a stepper motor whose output shaft is provided with a gear which meshes with a rack connected to the face upper piston. Alternatively, the actuating means may comprise an air pump adapted to pressurize the air located above the piston to push the latter downwardly of the inner tube 42, the pressure of the air inside. of the housing 41 for its part to recall the piston in the upper position. In another variant, the actuating means may comprise a heating resistor associated with a wax bulb into which is plugged a free end of a rod whose other end is connected to the upper face of the piston. The heating resistor is then adapted to melt all or part of the wax to allow a significant increase in the volume of the wax. Thus, depending on the temperature of the resistance, the temperature of the wax also increases. Part of the wax changes state and turns into liquid wax. This liquid wax occupies a larger volume than solid wax. Now, the portion of the end of the stem penetrating the wax occupies a certain volume. The additional volume occupied by the liquid wax is opposed to the volume occupied by the portion of the end of the rod penetrating into the wax. As a result, the pressure force generated by the volume occupied by the liquid wax displaces the volume occupied by the portion of the end of the rod penetrating into the wax, which makes it possible to vary the position of the piston 46 along 42. When the wax cools, the air pressure inside the housing 41 then pushes the piston 46 upwards so as to push the rod into the bulb. The control unit 50 comprises means for measuring the temperature and the pressure of the coolant. These measuring means comprise a temperature sensor 51 disposed inside the pump 12, as well as two pressure sensors, one of which is situated in the upstream duct 23 of the primary cooling circuit 20 and the other of which is located in the main hose 48. In operation, the crankshaft of the internal combustion engine 1 drives the pump 12 in rotation so that the coolant enters the inner channel 22 of the primary cooling circuit 20. At the exit of this channel , a major part of the coolant follows the primary cooling circuit 20 and passes through the radiator 21, while the remaining part of the coolant enters the secondary cooling circuit 30 and passes through the heater 31. Then these two parts of the coolant meet in the pump 12 where they are again injected into the inner channel 22. When the engine is leaking ffe, the coolant also heats up and expands. Therefore, the temperatures of the coolant and the air contained in the housing 41 of the expansion tank 40 also increase. On the other hand, the saturation vapor pressure of the coolant, which is a function of the temperature of this liquid, also increases. During this heating, the control unit 50 is adapted to control and regulate the pressure of the cooling liquid measured by the pressure sensors 52, 53, as a function of the pressure and the temperature measured by the pressure sensors and temperature 51, 52 and engine speed. The objective of this control is that the depressions generated by the pump 12 do not induce a drop in the coolant pressure below the saturation vapor pressure, which would cause cavitation.

Le graphique de la figure 4 illustre, d'une part, la variation F4 de la température T (en degrés Celsius) du liquide de refroidissement en fonction de sa pression de vapeur saturante P (en millibars), et, d'autre part, les variations F1, F2, F3 de la différence de pressions DP (en millibars) du liquide de refroidissement entre la sortie et l'entrée de la pompe 12, en fonction de la pression P du liquide en entrée de la pompe 12, pour trois régimes du moteur différents. La courbe F1 correspond à un régime du moteur de 6000 tours par minute, la courbe F2 correspond à un régime de 5000 tours par minute et la courbe F3 correspond à un régime de 4000 tours par minute. L'unité de pilotage 50 comporte une cartographie lui permettant de réguler la position du piston 46 entre une position haute (dans l'état désactivé représenté sur la figure 1) et une position basse (dans l'état activé représenté sur la figure 2), en fonction de la température T mesurée, de la pression P mesurée, et du régime du moteur. Le procédé de pilotage de la position du piston est le suivant. II est ici illustré à un point de fonctionnement du moteur dans lequel le régime du moteur est de 5000 tours par minute (courbe F2) et dans lequel la température mesurée 15 est de 80 degrés Celsius. Au cours d'une première étape, l'unité de pilotage 50 mesure la pression P et la température T du liquide de refroidissement. Dans notre exemple, on remarque qu'à 80 degrés Celsius, la pression de vapeur saturante est environ égale à 1500 millibars (pression atmosphérique Po + 500 millibars). 20 Au cours d'une seconde étape, l'unité de pilotage 50 détermine la pression de cavitation Px2 de la pompe 12 en fonction du régime du moteur et de la température mesurée. Dans notre exemple, la pression de cavitation Px2 est ici environ égale à 1550 millibars (légèrement supérieure à la pression de vapeur saturante). 25 Puis, au cours d'une troisième étape, l'unité de pilotage 50 compare la pression de cavitation Px2 déterminée et la pression mesurée du liquide de refroidissement. Si, comme ici, la pression mesurée est inférieure à la pression de cavitation, il existe un risque de cavitation de la pompe 12. Par conséquent, l'unité 30 de pilotage 50 pilote le piston 46 vers le bas jusqu'à ce que la pression du liquide de refroidissement dépasse la pression de cavitation Px2. En revanche, si la pression mesurée est supérieure à la pression de cavitation, il n'existe aucun risque de cavitation de la pompe. Si le piston n'est pas en état désactivé, l'unité de pilotage 50 peut piloter le piston 46 de manière que ce 35 dernier remonte, en surveillant que la pression mesurée reste toutefois supérieure à la pression de cavitation. Ainsi, tout risque de cavitation de la pompe 12 est écarté. The graph of FIG. 4 illustrates, on the one hand, the variation F4 of the temperature T (in degrees Celsius) of the coolant as a function of its saturation vapor pressure P (in millibars), and, on the other hand, the variations F1, F2, F3 of the differential pressure DP (in millibars) of the coolant between the outlet and the inlet of the pump 12, as a function of the pressure P of the liquid entering the pump 12, for three different engine speeds. The curve F1 corresponds to an engine speed of 6000 revolutions per minute, the curve F2 corresponds to a speed of 5000 rpm and the curve F3 corresponds to a speed of 4000 revolutions per minute. The control unit 50 has a mapping enabling it to regulate the position of the piston 46 between a high position (in the deactivated state shown in FIG. 1) and a low position (in the activated state represented in FIG. 2). , as a function of the measured temperature T, the measured pressure P, and the engine speed. The method of controlling the position of the piston is as follows. It is illustrated here at an operating point of the engine in which the engine speed is 5000 rpm (curve F2) and in which the measured temperature is 80 degrees Celsius. During a first step, the control unit 50 measures the pressure P and the temperature T of the coolant. In our example, it is noted that at 80 degrees Celsius, the saturated vapor pressure is approximately equal to 1500 millibars (atmospheric pressure Po + 500 millibars). In a second step, the control unit 50 determines the cavitation pressure Px2 of the pump 12 as a function of the engine speed and the measured temperature. In our example, the cavitation pressure Px2 is here approximately equal to 1550 millibars (slightly higher than the saturation vapor pressure). Then, during a third step, the control unit 50 compares the determined cavitation pressure Px2 and the measured pressure of the coolant. If, as here, the measured pressure is lower than the cavitation pressure, there is a risk of cavitation of the pump 12. Therefore, the control unit 50 drives the piston 46 downwards until the coolant pressure exceeds the cavitation pressure Px2. On the other hand, if the measured pressure is greater than the cavitation pressure, there is no risk of cavitation of the pump. If the piston is not in the deactivated state, the control unit 50 can drive the piston 46 so that the latter rises, while monitoring that the measured pressure remains greater than the cavitation pressure. Thus, any risk of cavitation of the pump 12 is discarded.

La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. The present invention is not limited to the embodiments described and shown, but the skilled person will be able to make any variant within his mind.

Claims

Expansion vessel (40) of a cooling circuit (20) of an internal combustion engine (1), comprising a housing (41) adapted to contain a coolant and air, characterized in that it comprises mechanical means for pressurizing (46) the air contained in the housing (41).

2. Expansion vessel (40) according to the preceding claim, wherein the mechanical pressurizing means (46) comprise a piston disposed in the housing (41).

3. expansion vessel (40) according to one of the preceding claims, wherein the mechanical pressurizing means (46) comprise actuating means provided with a stepper motor or an air pump or a wax bulb with a heating resistor.

4. Expansion vessel (40) according to one of the preceding claims, wherein the housing (41) comprises, firstly, a first chamber (44) having a lower portion adapted to contain the coolant and an upper part filled with air, and, secondly, a second chamber (45) for receiving mechanical pressurization means (46) which is connected to said first chamber (44) by a channel (42A) opening into said upper part.

5. Internal combustion engine (1) comprising a primary cooling circuit (20), characterized in that it comprises an expansion vessel (40) according to one of the preceding claims, means of communication (48, 49). ) between said primary cooling circuit (20) and the expansion vessel (40), and a control unit (50) of said mechanical pressurizing means (46).

6. Internal combustion engine (1) according to the preceding claim, wherein the control unit (50) comprises means for measuring the temperature (51) of the coolant and is adapted to control the mechanical means of pressurization ( 46) as a function of the measured temperature of the coolant.

7. Internal combustion engine (1) according to one of the two preceding claims, wherein the control unit (50) comprises means for measuring the pressure (52, 53) of the coolant and is adapted to control the mechanical pressurizing means (46) as a function of the measured pressure of the coolant.

8. Internal combustion engine according to one of the three preceding claims, wherein, the primary cooling circuit (20) comprising a pump (12) having a characteristic value (Px) of its propensity to cavitate, is known. control (50) is adapted to drive the pressurizing mechanical means (46) according to this characteristic value (Px).

9. Internal combustion engine (1) according to one of claims 5 to 8, wherein the communication means comprise a single conduit (48) originating at the bottom of the housing (41) of the expansion tank (40) and opening into the primary cooling circuit (20).

10. Internal combustion engine (1) according to one of claims 5 to 8, wherein, the housing (41) having a lower portion adapted to contain the cooling liquid and an upper part filled with air, the means of communication comprises a first conduit (48) which originates in the lower portion of the housing (41) of the expansion vessel (40) and which opens into the primary cooling circuit (20) and a second conduit (49) which originates in the primary cooling circuit (20) and which opens into the upper part of the housing (41).

11. Internal combustion engine (1) according to the preceding claim, wherein the expansion vessel (40) comprises a baffle (47) located opposite the outlet of said second conduit (49) in the housing (41). 20