FR2955534A1

FR2955534A1 - Vehicule automobile presentant un refroidissement optimise

Info

Publication number: FR2955534A1
Application number: FR1050417A
Authority: FR
Inventors: Mahmoud Khaled; Fabien Harambat; Hassan Peerhossaini
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-07-29
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: FR2955534B1

Abstract

L'invention concerne un véhicule automobile (1) comprenant : -un compartiment moteur ; -un premier échangeur de refroidissement de fluide (4) logé dans le compartiment moteur ; -un autre composant (7) logé dans le compartiment moteur à proximité du premier échangeur et dissipant de la chaleur. -le premier échangeur est monté mobile par rapport à l'autre composant; -le véhicule comprend un calculateur (14) commandant la position du premier échangeur par rapport à l'autre composant en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule.

Description

VEHICULE AUTOMOBILE PRESENTANT UN REFROIDISSEMENT OPTIMISE

[0001] L'invention concerne le problème du refroidissement d'un véhicule automobile, et en particulier le refroidissement de différents échangeurs accolés dans le compartiment moteur d'un véhicule. [0002] Un module de refroidissement désigne dans un véhicule automobile l'ensemble formé de ses échangeurs et de son groupe motoventilateur. Le groupe motoventilateur est destiné à forcer un écoulement d'air de refroidissement vers les différents échangeurs dans le compartiment moteur. Parmi les échangeurs le plus souvent implantés dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile, on trouve généralement un radiateur principal de refroidissement, un condenseur d'un circuit de climatisation, un échangeur d'huile de lubrification moteur, un échangeur d'huile de transmission et/ou un refroidisseur d'air de suralimentation. [0003] Du fait de l'encombrement croissant occupé par les composants dans le compartiment moteur, la disposition des composants du module de refroidissement cause un certain nombre de problèmes. Pour garantir un échange thermique optimal entre les différents échangeurs et l'écoulement d'air de refroidissement, il est souhaitable que ces échangeurs soient disposés au même niveau axial dans le véhicule. Ainsi, on évite qu'un échangeur soit alimenté par de l'air ayant subi une perte de charge et ayant été réchauffé par un autre échangeur disposé en amont dans l'écoulement d'air. Cependant, en disposant des échangeurs au même niveau, l'encombrement transversal des échangeurs peut s'avérer incompatible avec le volume disponible dans le compartiment moteur. Par ailleurs, l'écoulement d'air vers les différents échangeurs est relativement peu homogène. [0004] Usuellement, un échangeur formant un condenseur d'une climatisation est placé en série dans l'écoulement d'air avec l'échangeur formant le radiateur de refroidissement du moteur. L'écoulement d'air vers l'échangeur placé en aval est uniformisé par le guidage et réalisé par les ailettes et les tubes de l'échangeur placé en amont. Par ailleurs, l'encombrement transversal de ces échangeurs est optimisé. Ces avantages sont obtenus au détriment de la puissance thermique dissipée par l'échangeur aval, du fait d'un réchauffement et d'une perte de charge de l'écoulement d'air en amont. La perte de charge sur l'écoulement d'air nécessite une augmentation de la puissance du groupe motoventilateur pour faire face à certaines conditions de fonctionnement. En particulier, l'écoulement d'air dans le compartiment moteur peut être entretenu seulement en mettant le groupe motoventilateur en fonctionnement lors d'un arrêt du véhicule. Pour éviter des surchauffes suite à des conditions de fonctionnement critiques (par exemple un arrêt après avoir emprunté une route de montagne à forte charge en tractant une remorque), le groupe motoventilateur doit présenter une forte puissance et fonctionner à pleine vitesse pour générer un écoulement d'air suffisant. [0005] Par conséquent, aucune architecture de refroidissement des échangeurs thermiques ne donne entière satisfaction. Par ailleurs, ces architectures de refroidissement n'optimisent pas forcément la traînée aérodynamique et par conséquent la consommation de carburant. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un véhicule automobile comprenant : [0006] -un compartiment moteur ; [0007] -un premier échangeur de refroidissement de fluide logé dans le compartiment moteur ; [0008] -un autre composant logé dans le compartiment moteur à proximité du premier échangeur et dissipant de la chaleur. [0009] Le premier échangeur est monté mobile par rapport à l'autre composant; le véhicule comprend un calculateur commandant la position du premier échangeur par rapport à l'autre composant en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule. [0010] Selon une variante, l'autre composant est un moteur d'entraînement du véhicule et le premier échangeur est monté mobile de façon à pouvoir sélectivement l'écarter ou le rapprocher du moteur. [0011] Selon une autre variante, le premier échangeur est monté coulissant selon un axe longitudinal du véhicule. [0012] Selon encore une variante, l'autre composant est un second échangeur de refroidissement de fluide et le premier échangeur est monté mobile selon un axe transversal du véhicule. [0013] Selon encore une autre variante, le véhicule comprend une climatisation, ledit premier échangeur étant un condenseur de fluide de climatisation. [0014] Selon une variante, le premier échangeur est un radiateur de refroidissement du liquide de refroidissement d'un moteur logé dans le compartiment moteur. [0015] Selon encore une variante, le premier échangeur présente une entrée de fluide à refroidir, le véhicule comprenant un capteur de la température du fluide à l'entrée du premier échangeur, le capteur étant connecté au calculateur. [0016] Selon une autre variante, le véhicule comprend [0017] -un organe de refoulement de fluide dans le premier échangeur ; [0018] -une conduite de raccordement de l'organe de refoulement au premier échangeur, la conduite présentant une portion apte à s'allonger en réponse à une commande du calculateur selon la direction de mobilité de la première conduite ; [0019] -le calculateur étant adapté pour commander un allongement de ladite portion correspondant à la position commandée au premier échangeur. [0020] L'invention porte également sur un procédé de refroidissement d'un véhicule automobile comprenant un compartiment moteur logeant un échangeur de refroidissement de fluide et un autre composant dissipant de la chaleur et logé dans le compartiment moteur à proximité de l'échangeur, comprenant les étapes consistant à : [0021] -déterminer des conditions de fonctionnement du véhicule ; [0022] -déplacer l'échangeur par rapport au composant en fonction des conditions de fonctionnement déterminées. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une vue de dessus schématique de l'aménagement d'un compartiment moteur comprenant plusieurs échangeurs thermiques ; • les figures 2 et 3 sont des vues de dessus schématiques d'un premier mode de réalisation de l'invention ; • la figure 4 est une vue de dessus schématique d'une variante du premier mode de réalisation ; • les figures 5 et 6 sont des vues de dessus schématiques d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ; • la figure 7 représente schématiquement un champ d'écoulement pris en compte pour des simulations ; • la figure 8 représente différentes configurations d'échangeurs pris en compte pour des simulations. [0024] L'invention propose de détecter des conditions de fonctionnement d'un véhicule nécessitant une augmentation de la puissance thermique dissipée par un échangeur dans un compartiment moteur. L'échangeur est alors déplacé par rapport à un autre composant dissipant de la puissance thermique, de façon à augmenter la puissance thermique dissipée par l'échangeur. [0025] Le fonctionnement d'un échangeur peut ainsi être optimisé au besoin en limitant les incidences d'un autre composant dissipateur thermique en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule. [0026] La figure 1 est une représentation schématique de l'aménagement d'un compartiment moteur 12 d'un véhicule 1. Le véhicule 1 comprend dans sa partie avant une entrée destinée à recevoir de l'air frais de refroidissement provenant du milieu extérieur. Un passage guide un écoulement d'air frais 5 entre la calandre du véhicule et des échangeurs thermiques de refroidissement de fluide : un radiateur de refroidissement 4 et un condenseur 8 d'un circuit de climatisation. Des cloisons anti recyclage d'air 2 sont disposées de part et d'autre du passage. Un groupe motoventilateur 3 est disposé dans le passage en amont du radiateur de refroidissement 4 et du condenseur 8. Un écoulement d'air 11 est généré lors du roulage en aval du radiateur de refroidissement 4 à l'intérieur du compartiment moteur 12. La notion d'amont ou d'aval sera par la suite relative au sens de l'écoulement d'air 11. Le condenseur 8 est placé en amont du radiateur 4. Un groupe motopropulseur 7 est disposé dans le compartiment moteur 12 dans l'écoulement 11. Le groupe motopropulseur 7 comprend un moteur à combustion interne destiné à entraîner le véhicule et dissipant de la puissance thermique en fonctionnement. Le liquide de refroidissement parcourant le moteur à combustion interne est refroidi par l'intermédiaire du radiateur 4. Des passages de roues 6 sont ménagés de part et d'autre du compartiment moteur 12. Le référentiel illustré à la figure 1 sera utilisé par la suite : la direction X correspond à la direction longitudinale du véhicule, la direction Y correspondant à sa direction transversale. [0027] Les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques de dessus d'un premier mode de réalisation d'une architecture de refroidissement dans différentes positions. L'échangeur thermique dont on souhaite en l'occurrence optimiser le refroidissement est le radiateur de refroidissement 4 principal du moteur à combustion interne du groupe motopropulseur 7. Un degré de liberté est ainsi ménagé entre le moteur et le radiateur 4 afin de pouvoir sélectivement les écarter ou les rapprocher l'un de l'autre. Dans l'exemple illustré, le radiateur 4 est monté coulissant selon la direction X dans le compartiment moteur 12 par l'intermédiaire d'un rail 41. Le déplacement du radiateur 4 selon cette direction sera réalisé par l'intermédiaire d'un moteur électrique 42. Le groupe motopropulseur 7 est pour sa part sensiblement fixe. Dans la position illustrée à la figure 2, le radiateur 4 est dans sa position la plus proche du groupe motopropulseur 7, tandis que dans la position illustrée à la figure 3, le radiateur 4 est dans une position intermédiaire d'écartement par rapport au groupe motopropulseur 7. [0028] Le moteur 42 est commandé par un calculateur 14, en l'occurrence le calculateur de contrôle moteur du groupe motopropulseur 7. Le calculateur 14 commande le déplacement du radiateur 4 en fonction de conditions de fonctionnement du véhicule. Le calculateur 14 peut notamment prendre en compte la température du liquide de refroidissement traversant le radiateur 4. À cet effet, le véhicule 1 comprend un capteur 43 fournissant au calculateur 14 la température du liquide de refroidissement à l'entrée du radiateur 4. Le capteur 43 de l'exemple mesure la température dans une conduite 15 raccordant le radiateur 4 à une pompe à eau 13. Le capteur 43 pourra être mis en oeuvre sous forme de thermocouple. Le calculateur 14 pourra commander un écartement du radiateur 4 par rapport au groupe motopropulseur 7 en fonction de la vitesse du véhicule, en fonction de la température extérieure, en fonction de la coupure de contact du véhicule ou en fonction de la charge du moteur à combustion interne. Le calculateur 14 pourra notamment tenir compte de la capacité d'absorption de chaleur de l'écoulement 5 à une vitesse donnée du véhicule. Le calculateur 14 aura ainsi tendance à écarter le radiateur 4 du groupe motopropulseur 7 en cas de ralentissement ou de coup de chaud du groupe motopropulseur 7 alors que le groupe motoventilateur 3 est en fonctionnement. [0029] Le calculateur 14 pourra déterminer un niveau de puissance thermique à dissiper en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Le calculateur 14 pourra alors calculer une consigne d'écartement entre le radiateur 4 et le bloc motopropulseur 7 permettant d'obtenir la puissance de dissipation adéquate. Le calculateur 14 pourra par exemple déterminer une valeur d'écartement en fonction de la température déterminée par le capteur 43. Le radiateur 4 sera au contraire rapproché du bloc motopropulseur 7 si cela permet de réduire la traînée aérodynamique de refroidissement ou de réduire le temps de chauffe du moteur après son démarrage. [0030] Le tableau suivant fournit les résultats d'une simulation réalisée avec un véhicule de la catégorie citadine. Dans sa position la plus rapprochée, le radiateur 4 est distant de 60 mm du moteur à combustion interne. Cette disposition définira les valeurs de référence pour différents paramètres tels que la puissance de dissipation, la température de l'air en aval du radiateur 4, la température du bloc moteur et la traînée de refroidissement. Le tableau exprime les valeurs obtenues sous la forme d'un pourcentage de variation par rapport à la référence. FG et GV désignent respectivement une faible vitesse et une grande vitesse de rotation du groupe motoventilateur. Puissance T° air aval T° bloc moteur Traînée e (mm) FG GV FG GV FG GV 30m/s 80 17,75 7,06 -1,24 -0,52 0,15 -0,98 -5,79 100 26,09 12,85 -4,91 -1,73 -2,94 -2,23 -8,26 120 29,96 16,14 -6,65 -2,93 -Z21 -3,39 -9,09 140 34,78 18,26 -8,58 -4,43 -7,06 -4,87 -12,40 160 36,52 19,37 -7,85 -5,16 -6,97 -6,88 -10,74 [0031] Dans l'exemple, lorsque l'écartement entre le radiateur 4 et le bloc moteur est fixé à 80 mm, l'augmentation de la puissance dissipée est 28 0/0 lorsque le groupe motoventilateur fonctionne à faible vitesse et de 7 % lorsqu'il fonctionne à grande vitesse. Avec cet écartement, la traînée de refroidissement à une vitesse de 30 m par seconde est réduite d'environ 6 %. Pour une même consommation d'énergie absorbée par la pompe à eau, on peut obtenir une puissance dissipée accrue et une traînée de refroidissement réduite. [0032] La course d'écartement entre le radiateur 4 et le bloc motopropulseur 7 pourra être définie en fonction du volume disponible dans le compartiment moteur 12. Par exemple, on pourra prévoir une course comprise entre 30 et 70 mm pour un véhicule de la catégorie citadine et une course comprise entre 40 et 120 mm pour un véhicule de la catégorie familiale. [0033] Une course axiale pourra également être définie afin de régler l'écartement entre tout autre échangeur et le bloc moteur. [0034] La figure 4 représente une variante du mode de réalisation des figures 2 et 3. Dans cette variante, une partie 17 de la conduite 15 raccordant la pompe à eau 13 au radiateur 4 présente un allongement variable commandé par le calculateur 14. Cet allongement est orienté selon la course du radiateur 4. Simultanément à une commande de positionnement du radiateur par rapport au bloc moteur, le calculateur 14 commande un allongement correspondant de la partie 17 de la conduite 15. [0035] Les figures 5 et 6 sont des représentations schématiques de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'une architecture de refroidissement dans différentes positions. En partant de l'amont vers l'aval de l'écoulement 11, un échangeur 9, un condenseur 8 d'un circuit de climatisation, un radiateur de refroidissement 4 et le groupe motopropulseur 7 sont disposés les uns derrière les autres. Le condenseur 8 est monté coulissant selon la direction Y dans le compartiment moteur 12 sur un rail 84. La position transversale du condenseur 8 est définie par l'intermédiaire d'un moteur électrique 82. Le moteur 82 permet ainsi de déplacer le condenseur 8 entre une position (figure 5) où il est escamoté entre l'échangeur 9 le radiateur 4 et une position où il est en saillie transversalement (figure 6). Le condenseur est raccordé par une conduite 15 à une pompe du circuit de climatisation. [0036] Comme dans le mode de réalisation précédent, le calculateur 14 commande un déplacement en fonction de conditions de fonctionnement du véhicule. Dans la position illustrée à la figure 5, le calculateur 14 favorise une réduction de la traînée de refroidissement. Dans la position illustrée à la figure 6, le calculateur 14 favorise une augmentation de la puissance thermique dissipée. En pratique, pour une capacité de dissipation thermique donnée, une telle architecture permettra globalement de réduire la consommation de carburant du véhicule. [0037] Dans l'exemple des figures 5 et 6, seul le condenseur 8 est mobile dans le compartiment moteur. Les autres échangeurs pourront bien entendu être également montés mobiles pour pouvoir commander plus précisément la puissance thermique dissipée par chacun. [0038] Des simulations ont été réalisées avec deux échangeurs de mêmes dimensions placés l'un derrière l'autre et montés mobiles transversalement. Les paramètres de fonctionnement de ces échangeurs pris en compte ont été une température d'entrée d'eau de 95°C, un débit d'eau 2500 I/h et une température d'air ambiante de 20°C. La figure 7 illustre un profil d'entrée de l'écoulement d'air, Vm correspondant à une vitesse d'écoulement de référence. L'écoulement d'air a ainsi été schématisé par une répartition dans différents pavés. [0039] Comme illustré à la figure 8, des échangeurs de même section ont été simulés, correspondant chacun à un carré de 4 pavés par 4. Un premier échangeur amont est illustré par le carré hachuré. Un deuxième échangeur aval est illustré par le carré blanc, plus ou moins masqué par le premier échangeur selon leurs positions mutuelles. La position des échangeurs dans le profil d'entrée est distincte pour chacune des configurations. [0040] La simulation a fourni les résultats suivants pour les différentes configurations illustrées, les chiffres correspondant à des pourcentages d'écart par rapport à la position CO de référence Configuration Cl C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Puissance 1,12 2,2 1,12 2,23 3,32 2,2 3,32 4,4 totale Puissance 2,24 4,4 2,24 2,46 6,62 4,4 6,64 8,8 échangeur aval Pertes de - -0,45 - -0,12 -0,52 -0,45 -0,52 -0,91 charge 0,061 0,061 [0041] On constate que le décalage transversal des échangeurs favorise la 25 dissipation thermique de chacun d'eux. [0042] Ainsi, si le calculateur 14 détermine qu'une augmentation de puissance thermique à dissiper de 6% est nécessaire, il pourra commander le passage des échangeurs dans la configuration C5 ou C7. [0043] Bien que l'invention ait été décrite pour l'essentiel pour un échangeur 30 tel qu'un radiateur de refroidissement ou un condenseur d'un circuit de climatisation, l'invention s'applique également à d'autres types d'échangeurs implantés dans le compartiment moteur tels qu'un refroidisseur d'air suralimenté ou un refroidisseur d'huile moteur.

Claims

REVENDICATIONS1. Véhicule automobile (1) comprenant : - un compartiment moteur ; -un premier échangeur de refroidissement de fluide (4) logé dans le compartiment moteur ; - un autre composant (7) logé dans le compartiment moteur à proximité du premier échangeur et dissipant de la chaleur ; caractérisé en ce que : -le premier échangeur est monté mobile par rapport à l'autre composant ; - le véhicule comprend un calculateur (14) commandant la position du premier échangeur par rapport à l'autre composant en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule.
2. Véhicule automobile (1) selon la revendication 1, dans lequel l'autre composant est un moteur (7) d'entraînement du véhicule et dans lequel le premier échangeur (4) est monté mobile de façon à pouvoir sélectivement l'écarter ou le rapprocher du moteur.
3. Véhicule automobile selon la revendication 2, dans lequel le premier échangeur (4) est monté coulissant selon un axe longitudinal (X) du véhicule.
4. Véhicule automobile selon la revendication 1, dans lequel l'autre composant (9) est un second échangeur de refroidissement de fluide et dans lequel le premier échangeur (8) est monté mobile selon un axe transversal (Y) du véhicule.
5. Véhicule automobile selon la revendication 4, comprenant une climatisation, ledit premier échangeur (8) étant un condenseur de fluide de climatisation.
6. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur est un radiateur de refroidissement du liquide de refroidissement (4) d'un moteur (7) logé dans le compartiment moteur (12).
7. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur présente une entrée de fluide à refroidir, le véhicule comprenant un capteur (43, 83) de la température du fluide à l'entrée du premier échangeur, le capteur étant connecté au calculateur.
8. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : 35 40- un organe de refoulement de fluide (13) dans le premier échangeur ; - une conduite de raccordement (15) de l'organe de refoulement au premier échangeur, la conduite présentant une portion (17) apte à s'allonger en réponse à une commande du calculateur (14) selon la direction de mobilité de la première conduite ; - le calculateur (14) étant adapté pour commander un allongement de ladite portion correspondant à la position commandée au premier échangeur.
9. Procédé de refroidissement d'un véhicule automobile comprenant un compartiment moteur (12) logeant un échangeur de refroidissement de fluide et un autre composant dissipant de la chaleur et logé dans le compartiment moteur à proximité de l'échangeur, comprenant les étapes consistant à : - déterminer des conditions de fonctionnement du véhicule ; - déplacer l'échangeur par rapport au composant en fonction des conditions de fonctionnement déterminées.