FR3064674A1

FR3064674A1 - Dispositif de gestion thermique d’un groupe motopropulseur de vehicule

Info

Publication number: FR3064674A1
Application number: FR1752873A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Lefebvre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-05

Abstract

Le dispositif gère thermiquement un groupe motopropulseur (1) incluant un moteur thermique (10) et comporte un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris des moyens d'échange thermique comprenant un échangeur thermique de refroidissement moteur (14) et un aérotherme (13), un boîtier de sortie de liquide caloporteur (12), une pompe de circulation de liquide caloporteur (100) et des conduits de raccordement (16, 101). Conformément à l'invention, le dispositif comprend une vanne thermostatique (17) sensible à la température du liquide caloporteur (LR) et montée dans une partie du circuit de circulation de liquide caloporteur dédiée à l'alimentation de l'aérotherme (13) par le liquide caloporteur.

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.

DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VEHICULE.

FR 3 064 674 - A1 f5p) Le dispositif gère thermiquement un groupe motopropulseur (1) incluant un moteur thermique (10) et comporte un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris des moyens d'échange thermique comprenant un échangeur thermique de refroidissement moteur (14) et un aérotherme (13), un boîtier de sortie de liquide caloporteur (12), une pompe de circulation de liquide caloporteur (100) et des conduits de raccordement (16,101). Conformément à l'invention, le dispositif comprend une vanne thermostatique (17) sensible à la température du liquide caloporteur (LR) et montée dans une partie du circuit de circulation de liquide caloporteur dédiée à l'alimentation de l'aérotherme (13) par le liquide caloporteur.

DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE D’UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VÉHICULE [001] L’invention concerne de manière générale le domaine de l’automobile. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un dispositif de gestion thermique d’un groupe motopropulseur à moteur thermique dans un véhicule de transport.

[002] Dans le contexte de la réduction de la pollution et des émissions de CO₂, les constructeurs automobiles se doivent de satisfaire aux réglementations environnementales telles que les normes européennes d'émission, dites normes « Euro >>, qui imposent de fortes baisses des limites acceptables pour les rejets polluants.

[003] Une voie possible identifiée par les constructeurs est la réduction des régimes moyens de rotation du moteur thermique dite « downspeeding >> en anglais. Cependant, cette réduction des régimes moyens de rotation du moteur thermique induit une réduction des débits de liquide caloporteur dans le dispositif de gestion thermique du groupe motopropulseur qui peut affecter le refroidissement de celui-ci. En effet, le régime de rotation de la pompe à eau, dont dépend le débit du liquide caloporteur au sein du moteur thermique, et le régime de rotation du moteur thermique sont généralement liés par un rapport d’entraînement fixe.

[004] Les différentes contraintes de performances, de compacité et environnementales conduisent à implanter dans les motorisations thermiques des technologies qui ajoutent davantage de flux thermiques, telles que la recirculation des gaz d’échappement dite EGR, l’intégration du collecteur d’échappement dans la culasse, la réduction ou l’élimination des modes de combustion dans des conditions non stœchiométriques pour les moteurs à allumage commandé (réglementation dite RDE pour « Real Drive Emissions >> en anglais). La maîtrise du refroidissement du groupe motopropulseur est indispensable pour conserver les performances de celui-ci en termes de fiabilité et de durabilité, de rendement, de consommation de carburant et de limitation des émissions polluantes. Ces flux thermiques supplémentaires à dissiper peuvent imposer un accroissement de la vitesse de rotation de la pompe à eau (rendue alors indépendante du régime de rotation du moteur thermique, ou redimensionnée en conséquence) pour avoir un débit suffisant de liquide caloporteur et/ou un dimensionnement de l’échangeur thermique de refroidissement moteur dans une classe supérieure, ce qui impacte les coûts, et/ou une augmentation du régime de rotation du groupe moto-ventilateur (GMV) pour accroître le débit d’air extérieur à travers l’échangeur thermique de refroidissement du moteur thermique mais, ce faisant, alors en augmentant potentiellement au-delà d’un niveau acceptable le bruit émis par le GMV à l’extérieur du véhicule et le bruit et les vibrations transmis à l’intérieur du véhicule. Dans des situations de vie du véhicule où la maîtrise du refroidissement est problématique, le contrôle moteur peut n’avoir d’autre choix que de dégrader volontairement le rendement du moteur thermique pour en limiter les prestations et pour maîtriser les flux thermiques dissipés (enrichissement en carburant du mélange air/carburant injecté dans la chambre de combustion et/ou dans les tubulures d’admission du moteur thermique, dégradation de l’avance à l’allumage du mélange, paramètres d’injection, etc.), ce qui augmenterait la consommation en carburant et les émissions polluantes au détriment du maintien des performances du moteur thermique.

[005] Il est souhaitable d’apporter une solution au problème exposé ci-dessus, en fournissant un dispositif de gestion thermique perfectionné autorisant un refroidissement thermique plus performant d’un groupe motopropulseur à moteur thermique dans un véhicule.

[006] Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de gestion thermique d’un groupe motopropulseur d’un véhicule, le groupe motopropulseur incluant un moteur thermique, comportant un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris des moyens d’échange thermique comprenant un échangeur thermique de refroidissement moteur et un aérotherme, un boîtier de sortie de liquide caloporteur, une pompe de circulation de liquide caloporteur et des conduits de raccordement. Conformément à l’invention, le dispositif de gestion thermique comprend une vanne thermostatique sensible à la température du liquide caloporteur et montée dans une partie du circuit de circulation de liquide caloporteur dédiée à l’alimentation de l’aérotherme par le liquide caloporteur.

[007] Selon une forme de réalisation particulière, la vanne thermostatique est montée dans ladite partie de circuit de circulation entre une sortie dédiée à l’aérotherme du boîtier de sortie de liquide caloporteur et une entrée de l’aérotherme.

[008] Selon une autre forme de réalisation particulière, la vanne thermostatique est montée dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur, dans une sortie du boîtier de sortie de liquide caloporteur dédiée à l’aérotherme.

[009] Selon une caractéristique particulière de l’invention, le fonctionnement de la vanne thermostatique est assujetti à la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique.

[0010] Selon une autre caractéristique particulière, la vanne thermostatique est agencée de sorte à être dans un état de pleine ouverture, n’entraînant pas de perte de charge, lorsque la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique est inférieure à un premier seuil de température prédéterminé.

[0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vanne thermostatique est agencée de sorte à être dans un état d’ouverture intermédiaire, entraînant une perte de charge intermédiaire, lorsque la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique est supérieure au premier seuil de température prédéterminé et inférieure à un second seuil de température prédéterminé, et qu’un thermostat à double effet compris dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur est dans une position d’ouverture intermédiaire.

[0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vanne thermostatique est agencée de sorte à être dans un état de fermeture, entraînant une perte de charge maximale, lorsque la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique est supérieure au second seuil de température prédéterminé et que le thermostat à double effet compris dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur est dans une position de pleine ouverture.

[0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vanne thermostatique est agencée de sorte à laisser passer un débit minimal prédéterminé de liquide caloporteur lorsqu’elle est dans ledit état de fermeture.

[0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vanne thermostatique comporte un clapet pressostatique agencé de sorte à ouvrir un passage pour le liquide caloporteur à travers la vanne thermostatique lorsqu’une pression différentielle entre une entrée et une sortie de la vanne thermostatique est supérieure à un seuil de pression prédéterminé.

[0015] L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un groupe motopropulseur à moteur thermique et un dispositif de gestion thermique tel que décrit brièvement ci-dessus.

[0016] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la Fig.1 est un schéma simplifié d’un groupe motopropulseur à moteur thermique dans lequel est intégré un dispositif de gestion thermique selon la technique antérieure ;

- les Fig.2a à 2e sont des schémas simplifiés d’un groupe motopropulseur à moteur thermique dans lequel est intégré un dispositif de gestion thermique selon l’invention, dans différents modes de fonctionnement ;

- les Fig.3a à 3c montrent trois états de fonctionnement différents d’une vanne thermostatique comprise dans le dispositif de gestion thermique selon l’invention ;

- les Fig.4a et 4b montrent un clapet pressostatique intégré dans la vanne thermostatique, dans des états fermé et ouvert ; et

- la Fig.5 est un schéma simplifié d’un boîtier de sortie de liquide caloporteur incorporant une vanne thermostatique comprise dans le dispositif de gestion thermique selon l’invention.

[0017] A la Fig.1, conformément à l’état de la technique, le groupe motopropulseur 1 comprend un bloc de moteur thermique 10, une transmission 11, un boîtier de sortie de liquide caloporteur dit boîtier BSE 12, un aérotherme 13, un échangeur thermique de refroidissement moteur 14 équipé d’un groupe moto-ventilateur 140 et différents dispositifs 15 tels qu’un ou plusieurs échangeurs de refroidissement de l’huile de lubrification du moteur thermique, de la boîte de vitesses 110, des carter et paliers d’un turbocompresseur, etc.. L’échangeur thermique de refroidissement moteur 14 et l’aérotherme 13 forment des moyens d’échange thermique inclus dans le circuit de circulation de liquide caloporteur. La boîte de vitesses 110 peut typiquement être une boîte de vitesses automatique dite BVA, ou une boîte à double embrayage dite DCT.

[0018] Des conduits de raccordement 16 pour la circulation du liquide caloporteur dans le dispositif de gestion thermique raccordent l’aérotherme 13, l’échangeur 14 et les différents dispositifs 15 au boîtier BES 12. Une pompe à eau 100 pour la circulation du liquide caloporteur et un tuyau de dérivation 101, dit « tuyau de by-pass >>, disposé entre une sortie du boîtier BSE 12 et l’entrée de la pompe à eau 100, sont également prévus.

[0019] Le boîtier BSE 12 intègre des vannes de circulation de liquide sous la forme d’un thermostat à double effet 120 et d’un clapet pressostatique 121 dont les fonctions seront détaillées plus bas. Le boîtier BSE 12 recueille le débit de liquide caloporteur en sortie du moteur thermique 10 par une voie principale V1 en provenance de la culasse, et par des voies secondaires V2 qui sont disposées en parallèle de la culasse. Le boîtier BSE 12 assure la répartition du liquide caloporteur recueilli vers l’échangeur 14 pour l’évacuation des calories dans l’air extérieur, l’aérotherme 13 pour le réchauffement de l’habitacle du véhicule et, éventuellement, vers un échangeur (non représenté) dédié au refroidissement des gaz d’échappement recirculés.

[0020] Dans les dispositifs de gestion thermique selon la technique antérieure, l’entité inventive a constaté que lorsque le moteur thermique et le véhicule sont dans les conditions de fonctionnement telles que le thermostat soit en ouverture intermédiaire ou en pleine ouverture, la part importante du débit de liquide issu du moteur thermique et dérivée à travers l’aérotherme n’y subit pas (ou rarement) un refroidissement, puisqu’alors le chauffage de l’habitacle n’est alors jamais (ou rarement) requis dans les situations de vie associées. Cette portion de fluide caloporteur, issue directement du moteur thermique et envoyée à travers l’aérotherme, est nécessaire :

[0021] - Thermostat fermé, pour assurer ou fortement contribuer au chauffage de l’habitacle, d’autant plus que le moteur thermique est alors en phase de montée en température et que le confort thermique de l’habitacle est alors en phase de convergence ;

[0022] - Et thermostat en régulation, pour maintenir le confort thermique par la fourniture de calories à l’habitacle, la température du liquide de refroidissement en sortie moteur étant alors conventionnellement entre 80°C et 90°C(voire 105°C pour une motorisation avec thermostat piloté alors positionné sur son seuil haut de régulation).

[0023] En revanche, alors que le thermostat est en position d’ouverture intermédiaire et en pleine ouverture, les conditions extérieures (température ambiante, etc.) et d’exploitation du véhicule (vitesse, fonctionnement de la climatisation, remorquage, pente, altitude, etc.) et du moteur thermique (températures de ses fluides : eau, huile, air d’admission ; régime, charge, etc.) sont telles que non seulement une circulation d’autant de fluide caloporteur issu du moteur thermique à travers l’aérotherme (pour ne pas y être refroidi par l’air admis ou recirculé dans l’habitacle) n’est pas nécessaire, mais surtout qu’alors le moteur thermique et, dans certains cas, d’autres organes tels qu’une boîte de vitesses automatique dont l’échangeur eau/huile requiert un débit de liquide de refroidissement important en sortie de l’échangeur thermique pour le refroidissement de l’huile de lubrification de la transmission, requièrent un refroidissement important.

[0024] En référence aux Figs.2a à 4b, il est maintenant décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière d’un dispositif de gestion thermique selon l’invention destiné à équiper un groupe motopropulseur à moteur thermique 1 d’un véhicule de transport.

[0025] Comme cela apparaît dans les Figs.2a à 2e, conformément à l’invention, une vanne thermostatique de perte de charge 17 est insérée dans une partie du circuit de circulation de liquide caloporteur, entre une sortie du boîtier BSE 12 et une entrée de l’aérotherme 13.

[0026] Dans les Figs.3a à 3c, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est montrée dans trois états de fonctionnement différents, à savoir, un état de pleine ouverture PO, un état d’ouverture partielle OP et un état de fermeture FE, respectivement. Dans l’état de pleine ouverture PO présenté en Fig.3a, la perte de charge du circuit aérotherme n’est pas augmentée et la section de passage au fluide caloporteur dans le circuit aérotherme n’est pas réduite. En alternative, l’état de fermeture FE présenté en Fig.3c est tel que la fermeture de la vanne thermostatique de perte de charge 17 est maximale sans être totale, si bien que la section hydraulique de passage du fluide caloporteur vers l’aérotherme 13 n’est alors pas nulle et autorise la traversée d’un faible débit de fluide caloporteur. On notera que la transition entre les états PO et FE se fait de manière progressive et la vanne thermostatique de perte de charge 17 peut donc prendre une multitude d’états d’ouverture partielle PO différents.

[0027] La vanne thermostatique de perte de charge 17 comprend essentiellement un boîtier 170 contenant un clapet thermostatique 171 en forme de bouchon, un actionneur 172 et un ressort de rappel 173.

[0028] Le boîtier 170 comporte un orifice d’entrée 170a et un orifice de sortie de 170b pour la circulation du liquide caloporteur. Le clapet thermostatique 171 est fixé, au niveau d’une base inférieure, à une tige 172a de l’actionneur 172 et, au niveau d’une base supérieure, à une extrémité du ressort de rappel 173. L’autre extrémité du ressort de rappel 173 est logée dans un épaulement du boîtier 170 à proximité de l’orifice de sortie 170b. Un mouvement de translation du clapet thermostatique 171 contre le ressort de rappel 173 est commandé par l’actionneur 172 en fonction de la température. L’actionneur 172 est typiquement une capsule à cire qui forme l’élément thermosensible d’actionnement. Avec l’accroissement de la température, la vanne thermostatique de perte de charge 17 commute progressivement, lorsque la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique atteint le premier seuil de température prédéterminé, de l’état de pleine ouverture PO à l’état de fermeture FE, lorsque la température du liquide caloporteur sortant du moteur thermique atteint le second seuil de température prédéterminé, en passant par différents états d’ouverture partielle OP. A l’inverse, avec la diminution de la température, la vanne thermostatique de perte de charge 17 commute progressivement de l’état de fermeture FE à l’état de pleine ouverture PO, en passant par différents états d’ouverture partielle OP.

[0029] Dans la configuration décrite en Fig.3a, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est dans l’état de pleine ouverture PO : l’implantation de l’élément thermosensible de l’actionneur 172 et la conception du boîtier 170 sont telles que la perte de charge du circuit aérotherme n’est aucunement augmentée ou la section hydraulique équivalente de passage au fluide caloporteur dans le circuit aérotherme n’est aucunement réduite. La température du fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et irriguant l’élément thermosensible de l’actionneur 172 est inférieure au premier seuil de température prédéterminé correspondant à son seuil de début de fermeture : la tige 172a issue de l’intérieur de l’actionneur 172 et commandant la translation du bouchon 171 contre son ressort de rappel 173 est alors au repos. Dans cette configuration, le débit de fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et traversant l’aérotherme 13 est identique (en tout cas, pas inférieur) à ce qu’il est en l’absence d’une telle vanne thermostatique de perte de charge.

[0030] Dans la configuration décrite en Fig.3b, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est en état d’ouverture partielle OP. La température du fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et irriguant l’élément thermosensible de l’actionneur 172 est supérieure au premier seuil de température prédéterminé : l’élément thermosensible de l’actionneur 172 expulse de son sein (selon un processus connu de l’homme du métier versé dans la technologie du thermostat) la tige 172a de commande du bouchon 171, le faisant translater contre son ressort de rappel 173 dans une position d’équilibre entre l’effort du ressort 173 et celui qu’exerce sur la tige 172a l’élément thermosensible de l’actionneur 172. Dans cette configuration, le débit de fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et traversant l’aérotherme 13 est fortement réduit par rapport à ce qu’il est à température de fluide caloporteur sortie moteur identique en l’absence d’une telle vanne thermostatique de perte de charge. La position intermédiaire du bouchon 171 dans le boîtier 170 réduit fortement, par rapport à l’état de l’art (où le débit traversant l’aérotherme 13 est conçu pour être globalement indépendant de la position du thermostat 120), la part du fluide caloporteur issue du moteur thermique 10 et envoyée à travers l’aérotherme 13, afin de privilégier à mesure que le thermostat 120 s’ouvre le refroidissement du moteur thermique 10 en redirigeant vers l’échangeur thermique de refroidissement moteur 14 cette part de fluide caloporteur. Ainsi, la part du débit de fluide caloporteur en interne moteur 10 en provenance de l’échangeur thermique 14, qui y a subi un refroidissement par l’air extérieur, s’en trouve fortement augmentée. Le refroidissement du moteur thermique 10 s’en trouve ainsi amélioré.

[0031] Dans la configuration décrite en Fig.3c, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est en état de fermeture FE, soit totale, soit en alternative, telle qu’alors la section hydraulique de passage du fluide caloporteur en sortie du moteur thermique 10 vers l’aérotherme 13 n’est pas nulle et autorise la traversée d’un faible débit de fluide caloporteur. La température du fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et irriguant l’élément thermosensible de l’actionneur 172 est alors supérieure ou égale au second seuil de température prédéterminé et le bouchon 171 adopte la nouvelle position d’équilibre associée, assurant soit une fermeture étanche de la vanne thermostatique de perte de charge 17, soit une section de passage minimale au fluide caloporteur en sortie du moteur thermique 10 et se dirigeant vers l’aérotherme 13. Dans cette configuration, le débit de fluide caloporteur issu du moteur thermique 10 et traversant l’aérotherme 13 est très fortement réduit. Cette position du bouchon 171 dans le boîtier 170 annule ou réduit très fortement la part du fluide caloporteur issue du moteur thermique 10 et envoyée à travers l’aérotherme 13, afin de privilégier alors le refroidissement du moteur thermique 10 en redirigeant vers l’échangeur thermique 14 cette part de fluide caloporteur. Ainsi, la part du débit de fluide caloporteur en interne moteur 10 en provenance de l’échangeur thermique 14, s’en trouve très fortement augmentée, pour dans certaines conditions en atteindre 100%. Le refroidissement du moteur thermique 10 s’en trouve ainsi amélioré.

[0032] De la description qui vient d’être faite des Fig.3a à 3c, on comprend que le bouchon 171 est essentiellement mû par la température du fluide caloporteur en sortie du moteur thermique 10 et baignant l’élément thermosensible de l’actionneur 172. Ce bouchon 171 (ou clapet thermostatique) intègre également en option un clapet pressostatique de décharge 174 en fonction des pressions de fluide caloporteur s’exerçant à ses bornes.

[0033] Comme montré aux Figs.4a et 4b, le clapet thermostatique ou bouchon 171 est un élément creux qui comporte dans son volume intérieur un clapet pressostatique 174 et un ressort de rappel 175. La paroi de la base inférieure du clapet thermostatique 171 comporte des lumières de section calibrée 176. La paroi de la base supérieure du clapet thermostatique 171 comporte des lumières de section calibrée 177. Le ressort de rappel

175 comporte une première extrémité fixée à la base supérieure du clapet 171 et une deuxième extrémité fixée à une face supérieure du clapet pressostatique 174. Le clapet pressostatique 174 est apte à effectuer un mouvement de translation contre la force exercée par le ressort de rappel 175. La translation du clapet pressostatique 174 est dépendante de pressions PAM et PAV du liquide caloporteur, respectivement en amont et en aval du clapet.

[0034] Le clapet pressostatique 174 est plaqué par le ressort de rappel 175 contre la base inférieure du clapet thermostatique 171 et ferme le passage du liquide caloporteur LR à travers les lumières 176, comme montré à la Fig.4a, lorsque la pression différentielle PD=PAM-PAV est inférieure à un seuil de pression prédéterminé P_TH, (PD < P_TH). Le seuil de pression P_TH est sensiblement égal à la pression de tarage du ressort de rappel 175.

[0035] Le clapet pressostatique 174 s’écarte de la base inférieure du clapet thermostatique 171 et ouvre le passage au liquide caloporteur LR à travers les lumières

176 et 177, comme montré à la Fig.4b, lorsque la pression différentielle PD=PAM-PAV est supérieure au seuil de pression prédéterminé P_Th, (HD > P_Th)· [0036] L’ouverture du clapet pressostatique 174 décrit ci-dessus pourra intervenir lorsque la vanne thermostatique de perte de charge 17 est dans l’état d’ouverture partielle OP montré à la Fig.3b ou dans l’état de fermeture FE montré à la Fig.3c. L’ouverture du clapet pressostatique 174 apporte alors une section hydraulique équivalente supplémentaire pour la circulation du liquide caloporteur LR. Cette section hydraulique équivalente supplémentaire autorise, plus particulièrement lorsque la vanne thermostatique de perte de charge 17 est dans l’état de fermeture FE, un débit minimal de liquide caloporteur dans l’aérotherme 13 et/ou une pression dans le circuit de l’aérotherme qui reste inférieure à un seuil critique pour la durabilité de l’étanchéité du circuit ou la tenue de l’aérotherme.

[0037] Cinq modes de fonctionnement MF1 à MF5 du dispositif de gestion thermique de l’invention sont maintenant décrits ci-dessous en référence plus particulièrement aux

Figs.2a à 2e, respectivement. La circulation du liquide caloporteur LR est montrée dans ces figures par des flèches en trait plein et en pointillé.

[0038] Le premier mode de fonctionnement MF1 de la Fig.2a correspond à un régime thermique transitoire du moteur 10 dans lequel la vitesse de rotation Nmot du moteur thermique est inférieure à un seuil de vitesse Nmot_TH- Le moteur thermique 10 est alors en cours de montée en température et le thermostat à double effet 120 est fermé. Le liquide caloporteur LR, froid ou tiède en sortie du moteur 10, est recueilli dans le boîtier BSE 12 qui, dans cette configuration fonctionnelle, distribue le débit du liquide caloporteur vers l’aérotherme 13 uniquement, en thermosensibilisant au passage une sonde de température d’eau (non représentée) et un élément thermosensible du thermostat 120. En effet, la fermeture du thermostat à double effet 120 laisse ouverte la voie vers le tube de by-pass 101 depuis le conduit de by-pass pratiqué dans le boîtier BSE 12, mais ce conduit est judicieusement obstrué en aval du thermostat 120 par un clapet pressostatique 121 tant que la pression qui sollicite celui-ci reste inférieure à un seuil de pression. Cette pression est dépendante du régime moteur et le clapet pressostatique 121 est fermé pour une vitesse de rotation Nmot < Nmot_TH du moteur, Nmot_TH étant typiquement comprise entre 1500 à 2500 tr/mn. Ainsi, tout le débit du liquide caloporteur LR sortant du moteur est alors dirigé à travers l’aérotherme 13 uniquement, ce qui favorise la montée en température du moteur thermique et de l’habitacle et permet de maintenir au juste nécessaire le débit de liquide caloporteur traversant la culasse.

[0039] Dans ce premier mode de fonctionnement MF1, on notera que la température T_Mdu liquide caloporteur LR sortant du moteur 10 est inférieure à un seuil de température T_Thi qui correspond à une température nominale de début d’actionnement de la capsule de cire 172. La vanne thermostatique de perte de charge 17 est alors complètement ouverte (état PO de la Fig.3a) et n’induit donc aucune perte de charge dans la circulation du liquide caloporteur LR, ni aucune restriction de section hydraulique au passage du liquide caloporteur LR vers l’aérotherme 13.

[0040] Le deuxième mode de fonctionnement MF2, de la Fig.2b, correspond à un régime thermique transitoire du moteur 10 dans lequel la vitesse de rotation Nmot du moteur thermique est supérieure au seuil Nmot_TH- Le moteur thermique 10 est alors toujours en cours de montée en température et son thermostat 120 reste fermé. Le liquide caloporteur LR, froid ou tiède, en sortie du moteur 10 est, dans cette configuration fonctionnelle, distribué au sein du boîtier BSE 12, toujours en thermosensibilisant au passage la sonde de température d’eau et l’élément thermosensible du thermostat 120, vers l’aérotherme 13 et le conduit de by-pass pratiqué dans le boîtier BSE 12. Le conduit de by-pass est alors ouvert par le clapet pressostatique 121 qui est soumis à une pression supérieure à son seuil de pression d’ouverture. Le débit de liquide caloporteur sortant du moteur 10 est alors orienté vers l’aérotherme 13 et vers le tube de by-pass 101. Cela permet, avec le thermostat 120 fermé, d’assurer le débit interne important du liquide caloporteur dans le moteur 10 en le dirigeant, par le conduit de by-pass 101, directement à l’entrée de la pompe à eau 100, sans que le débit et la pression importants du liquide caloporteur LR n’altèrent l’aérotherme 13 et ne compromettent l’étanchéité du circuit caloporteur.

[0041] Dans ce deuxième mode de fonctionnement MF2, la température T_M reste inférieure au seuil T_THi de début d’actionnement de la vanne thermostatique de perte de charge 17 et celle-ci reste complètement ouverte (état PO de la Fig.3a), sans n’induire aucune perte de charge dans la circulation du liquide caloporteur LR ni aucune restriction de section hydraulique au passage du liquide caloporteur LR vers l’aérotherme 13.

[0042] La Fig.2c montre un troisième mode de fonctionnement MF3 qui intervient après la fin de la montée en température du moteur 10. Le mode MF3 correspond à un régime thermique établi du moteur 10, avec la vitesse de rotation Nmot du moteur thermique 10 inférieure au seuil Nmot_TH et avec une régulation thermostatique et le clapet pressostatique 121 fermé. Dans ce mode de fonctionnement MF3, le thermostat double effet 120 est en position de petite ouverture. Le passage dans le boîtier BSE 12 de la sortie de liquide caloporteur du moteur 10 vers le tube de by-pass 101 est en début de fermeture (en pratique, presque grand ouvert) par le clapet 1200 du thermostat double effet 120, mais c’est le clapet pressostatique 121, en aval du clapet 1200 du thermostat 120, qui obstrue totalement le retour du liquide caloporteur directement du boîtier BSE 12 vers la pompe 100. Le tube de by-pass 101 est alors traversé par un liquide caloporteur issu du mélange entre la part P1 de liquide caloporteur issue de l’échangeur 14 et la part P2 de liquide caloporteur issue de la sortie de liquide caloporteur du moteur 10 et ayant traversé l’aérotherme 13. On notera que la part de liquide caloporteur P1 est alors en faible proportion par rapport à la part de liquide caloporteur P2, car le thermostat 120 n’est qu’en faible ouverture et le régime moteur Nmot est faible, inférieur à Nmot™, de sorte que la pression régnant dans le boîtier BSE 12 en sortie de liquide caloporteur du moteur 10 est inférieure au seuil de pression d’ouverture du clapet pressostatique 121. Cependant, on notera que la part P1 de liquide caloporteur issue de l’échangeur 14 est ici supérieure à celle existant dans le quatrième mode de fonctionnement MF4 décrit ci-après en référence à la Fig.2d.

[0043] Dans ce troisième mode de fonctionnement MF3, la température T_M reste toujours inférieure au seuil T_Tm de début d’actionnement de la vanne thermostatique de perte de charge 17 et celle-ci reste complètement ouverte (état PO de la Fig.3a) sans induire aucune perte de charge dans la circulation du liquide caloporteur LR ni aucune restriction de section hydraulique au passage du liquide caloporteur LR vers l’aérotherme 13.

[0044] De manière générale, dans les premier à troisième modes de fonctionnement, MF1 à MF3, décrit ci-dessus, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est sans impact sur le débit de liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13, par rapport à l’état de la technique. La température T_M du liquide caloporteur en sortie du moteur thermique doit dépasser le seuil de température T_THi, et corrélativement le thermostat 120 dépasser un certain niveau d’ouverture, pour que la vanne thermostatique 17 commence à avoir un effet. Les quatrièmes et cinquièmes modes de fonctionnement, MF4 à MF5, décrit cidessus, montrent l’action de la vanne thermostatique 17 lorsque la température T_M du liquide caloporteur en sortie du moteur thermique dépasse le seuil de température T_THi· [0045] La Fig.2d montre un quatrième mode de fonctionnement MF4 qui correspond à un régime thermique établi du moteur 10, avec une régulation thermostatique et le clapet pressostatique 121 ouvert. Le clapet pressostatique 121 étant ici en pleine ouverture et le thermostat 120 en amont étant en petite ouverture, le passage du liquide caloporteur directement du boîtier BSE 12 vers la pompe 100 est dégagé. Le tube de by-pass 101 alimente alors la pompe 100 avec un liquide caloporteur issu du mélange entre la part P3 de liquide caloporteur issue de l’échangeur 14 (en faible proportion car le thermostat 120 n’est qu’en petite ouverture), la part P4 de liquide caloporteur issue de la sortie de liquide caloporteur du moteur 10 et la part P5 de liquide caloporteur ayant traversé l’aérotherme 13.

[0046] Dans l’état de l’art, dans cette configuration fonctionnelle, la part du liquide caloporteur traversant le moteur thermique 10 et qui a subi un refroidissement peut s’avérer faible, car la part P3 de liquide caloporteur issue de l’échangeur thermique 14 commandée par le thermostat 120 alors en petite ouverture, est faible, et surtout si le liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13 n’y a subi aucun échange thermique avec l’air entrant ou recirculé de l’habitacle (compte-tenu des besoins de climatisation de l’habitacle et notamment de la commande du pulseur d’air et des volets de distribution d’air du groupe de climatisation).

[0047] Conformément à l’invention, dans ce quatrième mode de fonctionnement MF4, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est ici dans un état d’ouverture partielle (état OP de la Fig.3b) car la température T_M du liquide caloporteur à la sortie du moteur 10 est ici supérieure à la température de seuil T_Tm sans toutefois atteindre la température de seuil T_TH2 de fermeture maximale de la vanne 17. Cet état d’ouverture partielle de la vanne 17 correspond à une position d’ouverture intermédiaire du thermostat 120 qui dépend aussi de la température T_M du liquide caloporteur à la sortie du moteur 10. La vanne thermostatique 17 introduit alors une perte de charge sensible dans le circuit de l’aérotherme 13, de manière à réduire la part P5 de liquide caloporteur provenant de l’aérotherme 13 et de favoriser consécutivement la part P3 de liquide caloporteur provenant de l’échangeur 14 et ayant subi un refroidissement.

[0048] La Fig.2e montre un cinquième mode de fonctionnement MF5 qui correspond à un régime thermique établi du moteur 10 tel que le thermostat à double effet 120 est alors en position de pleine ouverture. Dans ce cinquième mode MF5, le passage dans le boîtier BSE 12 de la sortie de liquide caloporteur du moteur 10 vers le tube de by-pass 101 est totalement obstrué par le clapet 1200 du thermostat à double effet 120 et la sortie de boîtier BSE 12 alimente alors le tube de by-pass 101 avec un liquide caloporteur qui est issu en totalité de l’échangeur 14. En effet, le passage dans le boîtier BSE 12 de la sortie de liquide caloporteur du moteur 10 vers le tube de by-pass 101 doit être obturé à mesure que le thermostat 120 s’ouvre afin non seulement de forcer le débit de liquide caloporteur en sortie moteur vers l’échangeur 14 mais aussi afin de ne pas réduire le débit de liquide caloporteur en interne du moteur thermique 10.

[0049] Dans l’état de l’art, dans cette configuration fonctionnelle, le boîtier BSE 12 dérive systématiquement à travers l’aérotherme 13 une partie importante du débit de liquide caloporteur issu du moteur thermique 10, partie importante de débit qui n’est pas ici nécessaire et qui ne bénéficie pas, ou bien rarement, d’un refroidissement. Or le moteur thermique 10 et les différents dispositifs 15 requièrent ici un refroidissement important.

[0050] Conformément à l’invention, dans ce cinquième mode de fonctionnement MF5, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est dans un état de fermeture maximale (état FE de la Fig.3c) car la température T_M du liquide caloporteur à la sortie du moteur 10 est ici bien supérieure à la température de seuil T_THi et atteint ou dépasse la température de seuil Τ_ΤΗ2 de fermeture maximale de la vanne 17. Cet état de fermeture de la vanne 17 correspond à une position de pleine ouverture du thermostat 120. L’obstruction de la section hydraulique du circuit est ici maximale et, selon l’application, est soit totale, avec un débit de liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13 qui devient nul, soit partielle, avec un débit minimal de liquide caloporteur, repéré LR_m à la Fig.4b, qui continue de traverser l’aérotherme 13.

[0051] Le maintien d’un débit minimal dans l’aérotherme 13 peut aussi être géré par le clapet pressostatique 174 prévu dans la vanne thermostatique 17 et décrit en référence aux Figs.4a et 4b. Un débit minimal est généralement préférable pour les raisons évoquées dans la description des Figs.4a et 4b, et aussi afin d’assurer la thermosensibilisation de l’actionneur 172 de la vanne thermostatique 17 et de maintenir une prestation de chauffage minimale de l’habitacle. La prestation de chauffage de l’habitacle est ici dégradée volontairement, par rapport à ce qu’elle est dans la technique antérieure. Dans ce mode de fonctionnement MF5, l’invention privilégie le refroidissement du moteur thermique 10 et des différents dispositifs 15 en autorisant une redirection du débit de liquide caloporteur vers l’échangeur thermique 14, grâce à la perte de charge maximale apportée par la vanne thermostatique 17 dans le circuit de l’aérotherme 13.

[0052] Dans la forme de réalisation du dispositif de gestion thermique selon l’invention décrite plus haut en relation aux Figs.2a à 4b, la vanne thermostatique de perte de charge 17 est implantée dans le conduit 16 raccordant l’aérotherme 13 au boîtier BSE 12. On notera cependant que, dans d’autres formes de réalisation, la vanne thermostatique de perte de charge sera implantée à l’intérieur du boîtier BSE. Comme montré à la Fig.5, la vanne thermostatique de perte de charge, repérée ici 17’, sera alors montée dans le conduit de sortie interne 123’ du boîtier BSE 12’ vers l’aérotherme 13.

[0053] L’implantation de la vanne thermostatique de perte de charge dans le circuit allant du boîtier BSE à l’aérotherme, à l’intérieur même du boîtier BSE (vanne thermostatique 17’) ou en externe dans le conduit 16 (vanne thermostatique 17) permet d’assujettir le thermostat 120 et la vanne thermostatique 17, 17’ à la même température. En effet, l’aérotherme est alimenté directement par le liquide caloporteur sortant du moteur, liquide qui thermosensibilise donc le thermostat 120 et la vanne thermostatique 17, 17’. Cette implantation est avantageuse car elle permet de s’affranchir d’une évaluation des transferts thermiques pour la commande de la vanne thermostatique.

[0054] Ainsi, une telle implantation de la vanne thermostatique de perte de charge, préférentiellement en amont de l’aérotherme 13, permet de s’affranchir de l’échange thermique s’y déroulant et qui dépend de nombreux paramètres externes. Notamment à partir de la température du liquide caloporteur en entrée de l’aérotherme 13 ou en sortie du moteur thermique 10, du régime de rotation du moteur thermique 10 (qui permet de déterminer le débit de liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13), de la température extérieure, de la vitesse de rotation du pulseur d’air (permettant de déterminer le débit d’air traversant l’aérotherme 13), de la position des volets de distribution d’air (alimentation en air extérieur, recyclage de l’air habitacle, etc.), de la température de consigne de l’air habitacle, la puissance thermique échangée à travers l’aérotherme 13 et la température du liquide caloporteur en sortie de l’aérotherme 13 peuvent être estimées et les températures de seuil T_THi et T_TH2 sont adaptées en conséquence. II en résulte, dans le cas d’une implantation de la vanne thermostatique de perte de charge en aval de l’aérotherme 13, d’une dépendance de sa position à l’échange thermique à travers l’aérotherme 13. Plus cet échange thermique est important et plus la température du liquide caloporteur en sortie de l’aérotherme 13 sera basse et réciproquement.

[0055] Bien entendu, la vanne thermostatique de perte de charge pourra prendre d’autres formes que celle décrite ici à titre d’exemple. Ainsi, par exemple, la vanne thermostatique de perte de charge pourra dans certaines applications prendre la forme d’une vanne thermostatique pilotée électriquement à partir d’un signal de sonde de température et/ou être située, par exemple, dans le circuit allant de l’aérotherme 13 au tube de by-pass 101.

[0056] De manière générale, dans le cas d’un thermostat 120 de type piloté, tel que connu par l’homme de métier, avec par exemple des températures de début et pleine ouverture entre 85 et 100°C en seuil bas et entre 105 et 115°C en sedihaut, la commande de la vanne thermostatique de perte de charge sera effectuée selon l’une ou l’autre des deux manières suivantes :

[0057] 1) Soit la vanne thermostatique de perte de charge réagit pour un seuil fixe de température avec un début de réduction à 105°C de à section hydraulique équivalente de passage du liquide caloporteur dans le circuit de l’aérotherme et une réduction maximale de cette section à 115°C ;

[0058] 2) Soit la vanne thermostatique de perte de charge est également pilotable en fonction de la position du thermostat piloté, ou de paramètres qui commandent sa position, et elle adopte alors sensiblement les mêmes seuils de température que le thermostat 120, à savoir :

a) lorsque le thermostat 120 est piloté sur son seuil bas, un début de réduction de la section hydraulique équivalente de passage du liquide caloporteur par la vanne thermostatique dans le circuit de l’aérotherme entre 85 et 90°C et une réduction maximale à 100° C, et

b) lorsque le thermostat 120 est piloté sur son seuil haut, un début de réduction de la section hydraulique équivalente de passage du liquide caloporteur par la vanne thermostatique dans le circuit de l’aérotherme à 105°C et une réduction maximale à 115°C.

Dans ce cas, la commande de la vanne thermostatique tient compte des retards au début d’ouverture et/ou à la pleine ouverture du thermostat, retards qui peuvent survenir en fonction des conditions d’exploitation du moteur thermique (régime, charge, rapidité de la montée en température, etc.).

[0059] Ainsi, comme l’illustrent les figures 2a à 2e, l’invention consiste à implanter sur le circuit de liquide caloporteur irriguant l’aérotherme 13, soit sur le circuit caloporteur externe au moteur thermique 10 ou alternativement de façon intégrée au sein du BSE 12’ comme présenté en Fig.5, et préférentiellement en amont de l’aérotherme 13, une vanne thermostatique de perte de charge 17, 17’ réalisant une perte de charge variable du circuit aérotherme en fonction de la température du liquide caloporteur en sortie du moteur thermique 10. L’objectif est de ne pas impacter le débit de liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13 (et donc de ne pas réduire la section hydraulique équivalente de passage au fluide caloporteur et de ne pas augmenter la perte de charge du circuit aérotherme) tant que le thermostat 120 de thermorégulation du moteur thermique 10 n’est pas à un seuil donné d’ouverture, puis de réduire la section hydraulique équivalente de passage au liquide caloporteur au sein du circuit aérotherme (c’est-à-dire, d’augmenter la perte de charge du circuit aérotherme) progressivement à mesure que le thermostat 120 s’ouvre, pour aboutir, quand le thermostat 120 est en pleine ouverture, à une section hydraulique équivalente de passage au liquide caloporteur au sein du circuit aérotherme minimale voire nulle (soit une perte de charge maximale du circuit aérotherme).

[0060] Ainsi et notamment, comme l’illustre la Fig.2d, à une position d’ouverture intermédiaire du thermostat 120 (dépendant notamment de la température du liquide caloporteur en sortie du moteur thermique 10 qui le thermosensibilise) correspond une position intermédiaire de la vanne thermostatique de perte de charge 17, 17’, telle que par exemple illustrée en Fig.3b, obstruant la section hydraulique équivalente de passage au liquide caloporteur dans le circuit aérotherme ou augmentant la perte de charge du circuit aérotherme.

[0061] De même, comme l’illustre la Fig.2e, à une position de pleine ouverture du thermostat 120 correspond, de la part de la vanne thermostatique de perte de charge 17, 17’, une position, illustrée en Fig.3c, de pleine obstruction de la section hydraulique équivalente de passage au liquide caloporteur dans le circuit aérotherme ou d’augmentation de la perte de charge du circuit aérotherme. L’obstruction de la section hydraulique peut être alors totale (le débit de liquide caloporteur traversant l’aérotherme 13 devient nul) ou préférentiellement partielle (un débit minimal de liquide caloporteur continue de traverser l’aérotherme 13, notamment afin d’assurer la thermosensibilisation de l’actionneur 172 qui régit la vanne thermostatique de perte de charge 17, 17’ et afin de maintenir une prestation de chauffage habitacle minimale même si elle s’avère forcément volontairement fortement dégradée par rapport à ce qu’elle est selon l’état de l’art).

[0062] Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. A titre d’exemple, la vanne thermostatique de perte de charge 17, 17’ peut ainsi être remplacée par une électrovanne de type solénoïde dont l’obturateur 171 au passage du liquide caloporteur LR à travers l’aérotherme 13 est de type clapet, bouchon ou diaphragme. Cette électrovanne, par ailleurs avantageusement commandée en proportionnel ou sinon en tout ou rien, peut alors être disposée à différentes localisations du groupe motopropulseur 1 : dans le conduit 16 entre le boîtier BSE 12 et l’aérotherme 13, ou entre l’aérotherme 13 et le tube de by-pass 101, ou encore à l’intérieur du boîtier BSE 12’ dans le conduit de sortie interne 123’ du boîtier BSE 12’ vers l’aérotherme 13.

Claims

Revendications

1. Dispositif de gestion thermique d’un groupe motopropulseur (1) d’un véhicule, ledit groupe motopropulseur (1) incluant un moteur thermique (10), comportant un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris des moyens d’échange thermique comprenant un échangeur thermique de refroidissement moteur (14) et un aérotherme (13), un boîtier de sortie de liquide caloporteur (12), une pompe de circulation de liquide caloporteur (100) et des conduits de raccordement (16, 101), caractérisé en ce qu’il comprend une vanne thermostatique (17, 17’) sensible à la température (T_M) du liquide caloporteur (LR) et montée dans une partie du circuit de circulation de liquide caloporteur dédiée à l’alimentation de l’aérotherme (13) par le liquide caloporteur (LR).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17) est montée dans ladite partie de circuit de circulation entre une sortie dédiée à l’aérotherme (13) du boîtier de sortie de liquide caloporteur (12) et une entrée de l’aérotherme (13).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17’) est montée dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur (12’), dans une sortie (123’) du boîtier de sortie de liquide caloporteur (12’) dédiée à l’aérotherme (13).
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fonctionnement de la vanne thermostatique (17, 17’) est assujetti à la température (T_M) du liquide caloporteur (LR) sortant du moteur thermique (10).
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17, 17’) est agencée de sorte à être dans un état de pleine ouverture (PO), n’entraînant pas de perte de charge, lorsque la température (T_M) du liquide caloporteur (LR) sortant du moteur thermique (10) est inférieure à un premier seuil de température prédéterminé (T_Thi)
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17, 17’) est agencée de sorte à être dans un état d’ouverture partielle (OP), entraînant une perte de charge intermédiaire, lorsque la température (T_M) du liquide caloporteur (LR) sortant du moteur thermique (10) est supérieure audit premier seuil de température prédéterminé (T_Tm) et inférieure à un second seuil de température prédéterminé (T_Th2), et qu’un thermostat à double effet (120) compris dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur (12, 12’) est dans une position d’ouverture intermédiaire.

5
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17, 17’) est agencée de sorte à être dans un état de fermeture (FE), entraînant une perte de charge maximale, lorsque la température (T_M) du liquide caloporteur (LR) sortant du moteur thermique (10) est supérieure au second seuil de température prédéterminé (T_Th2) et que le thermostat à double

10 effet (120) compris dans le boîtier de sortie de liquide caloporteur (12, 12 j est dans une position de pleine ouverture.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17, 17’) est agencée de sorte à laisser passer un débit minimal prédéterminé (LR_m) de liquide caloporteur (LR) lorsqu’elle est dans ledit état de fermeture (FE).

15
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (17, 17’) comporte un clapet pressostatique (174) agencé de sorte à ouvrir un passage (176, 177) pour le liquide caloporteur (LR) à travers la vanne thermostatique (17, 17’) lorsqu’une pression différentielle (PD) entre une entrée et une sortie de la vanne thermostatique (17, 17’) est supérieure à un seuil

20 de pression prédéterminé (P_Th)·
10. Véhicule comprenant un groupe motopropulseur à moteur thermique, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de gestion thermique du groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.

101

100

1/4

ΌΟΟΟ

120

110

140