Brevet FR2269644A1 — publié le 19751128

L'invention concerne-un moteur à combustion interne à refroidissement par eau muni d'un échangeur de chaleur pour le préchauffage ou le refroidissement de l'air comburant et d'un organe de commande automatique influencé par un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne et commandant 11 amenée du véhicule de chaleur, constitué par l'eau de refroidissement du moteur, à 11 échangeur de chaleur qui agit sur l'air comburant. Dans un moteur à combustion interne connu de ce type (bre- vet suisse nO 217 848), l'organe de commande de l'échangeur de chialeur agissant sur l'air comburant fonctionne sous la dépendance de la température de l'air comburant ou d'un paramètre de fonctionnement qui dépend de cette température.Cette façon d'influencer l'organe de commande est coûteuse. Dans ce moteur connu, les moyens de commande nécessaires à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant sont encore plus importants, du fait que l'é- changeur de chaleur doit être débranché dans la gamme de charge moyenne du moteur. Le problème qui est à la base de l'invention consiste essentiellement à réaliser un préchauffage de l'air comburant à basse température et un refroidissement à haute température avec des moyens de commande aussi réduits que possible pour l'échangeur de chaleur. En partant d'un moteur à combustion interne du genre défini plus haut, le problème exposé est résolu selon l'invention par le fait que l'organe de commande coopère en fonction de la température de l'eau de refroidissement avec un échangeur de chaleur servant à dissiper la chaleur de l'eau de refroidissement de telle sorte que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est inférieure à un niveau élevé déterminé, au moins une partie de lteau de refroidissement sortant des cavités de refroidissement du moteur est amenée à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, tandis que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est supérieure au niveau élevé déterminé, au moins une partie de l'eau de refroidissement sortant de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est amenée à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, les quantités ainsi amenées à celui-ci étant, dans chaque cas, ramenées ensuite aux cavités de refroidissement du moteur. Dans le moteur selon l'invention, l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est constamment parcouru par de l'eau de refroidissement ce qui fait qu'il n'y a plus de fonctionnement intermittent et que les moyens de commande sont simplifiés. En outre, pour influencer par la température de l'eau de refroidissement l'organe de commande du courant d'eau de refroidissement dans l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, il faut des moyens de commande notablement moins importants que pour l'influencer par un autre paramètre. Dans le moteur selon l'invention, les deux échangeurs de chaleur peuvent être placés dans des circuits séparés d'eau de refroidissement dont chacun contient les cavités de refroidissement du moteur et le circuit d'eau de refroidissement de ltéchan- geur de chaleur qui agit sur l'eau de refroidissement peut aussi être réglé de façon usuelle à une température pratiquement constante d'eau de refroidissement par un thermostat de court-circuit qui commande un tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur. L'organe de commande de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant présente alors une valve interposée dans le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement et une valve interposée dans le tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, ces valves étant commandées par les moyens de réglage final adjoints à l'organe de commande et qui dépendent de la température. Les deux valves sont reliées entre elles par un tuyau intermédiaire et la valve du tuyau d'arrivée de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est encore reliée à la sortie d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur.Les deux valves fonctionnent alors de telle sorte que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est supérieure au niveau élevé déterminé - qui peut par exemple être choisi sensiblement égal à la température constante de service la plus avantageuse de l'eau de refroidissement dans les cavités de refroidissement du moteur - le tuyau de reflux de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est isolé de l'entrée d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur et relié au tuyau intermédiaire tandis que le tuyau d'arrivée de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est isolé de la sortie d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur et également relié au tuyau intermédiaire.De cette façon, de l'eau de refroidissement refroidie venant de l'échangeur de chaleur qui agit sur l'eau de refroidissement est amenée par le tuyau intermédiaire à l'échan- geur de chaleur qui agit sur l'air comburant et l'air comburant est refroidi. Toutefois, lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est inférieure au niveau élevé prédéterminé, les deux valves sont dans une position où le tuyau intermédiaire est barré et où le tuyau de reflux de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est relié à entrée d'eau de refroidissement tandis que le tuyau d'arrivée de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est relié à la sortie d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur.Dans cette commande de valves, de l'eau de refroidissement chaude venant des cavités de refroidissement du moteur est amenée à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant et l'air comburant est préchauffé. Selon un mode d'exécution, afin que le temps de chauffage du moteur à combustion interne selon l'invention ne soit pas allongé inutilement, en particulier à de basses températures extérieures, par suite de la chaleur empruntée à l'eau de refroidissement par l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, l'échangeur de chaleur de chaleur agissant sur l'air comburant est isolé des cavités de refroidissement du moteur, lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est inférieure à un bas niveau déterminé, grâce à un organe de commande fonctionnant sous la dépendance de la température de l'eau de refroidissement. Selon une autre proposition de l'invention, afin de diminuer l'utilisation de valves lorsqu'on applique l'invention à un moteur à combustion interne comportant un tuyau de court-circuit d'eau de refroidissement qui court-circuite l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement et un organe de commande qui règle les courants d'eau de refroidissement dans cet échangeur de chaleur et son tuyau de court-circuit en fonction de la température de l'eau de refroidissement, le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement et le tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement de l'échan- geur de chaleur agissant sur l'air comburant sont constamment en communication libre et le tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est raccordé au tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant. Dans un moteur ainsi conçu selon l'invention, l'organe de commande du tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement commande simultanément l'amenée d'eau de refroidissement à l'é- changeur de chaleur agissant sur l'air comburant de sorte qu'il suffit d'un seul organe de commande pour les deux échangeurs de chaleur.Sous sa forme la plus simple, cet organe de commande peut être un thermostat usuel de court-circuit dont l'organe de réglage final de valve coopère avec un ensemble à piston et à cylindre alimenté par l'eau de refroidissement et rempli d'une substance dilatable qui a un coefficient élevé de dilatation thermique. Selon un mode d'exécution, afin que les deux échangeurs de chaleur puissent être débranchés de façon simple dans le temps de chauffage duomoteur, même dans un moteur selon l'invention qui comporte un organe de commande commun pour les deux échangeurs, le tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est raccordé au moyen de l'organe de commande à l'entrée d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur pour le débranchement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant et que l'organe de commande fonctionne de telle sorte que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est supérieure au bas niveau déterminé, le tuyau de court-circuit est pratiquement isolé de l'entrée d'eau de refroidissement et relié au tuyau d'arrivée de l'échan- geur de chaleur agissant sur l'air comburant, tandis que lorsque la température de l'eau de refroidissement est inférieure au bas niveau déterminé, le tuyau de court-circuit est pratiquement isolé des deux échangeurs de chaleur et relié à l'entrée dieau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur. avantageusement, pour éviter qu'il ne puisse se produire une inversion d'écoulement dans l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement quand l'organe de commande commun fonctionne en court-circuit, dans le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de ltéchangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroi dissement est disposée une valve de retenue qui se ferme en direction de cet échangeur. Dans le temps de chauffage du moteur selon l'invention, les deux échangeurs de chaleur sont débranchés. Toutefois, dans certaines circonstances, on risque que l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, qui est constamment relié par son tuyau de reflux à l'entrée d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur, ne reçoive un écoulement venant su tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement, tuyau qui est également branché pendant ce temps sur cette entrée d'eau de refroidissement. Selon un mode d'exécution, pour éviter cela, dans le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est disposée une valve de retenue qui se ferme en direction de cet échangeur de chaleur. La façon dont on peut réaliser un moteur à combustion interne selon l'invention est décrite en détail ci-après à propos d'un exemple d'exécution représenté schématiquement par le dessin. Un tuyau collecteur d'eau de refroidissement 1, auquel arrive l'eau de refroidissement sortant des cavités de refroidissement du moteur à combustion interne 2, est relié par un tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement 3 au réservoir d'eau d'entrée 4 d'un échangeur de chaleur 5 destiné à dissiper la chaleur du liquide de refroidissement. Le réservoir d'eau de sortie 6 de l'échangeur de chaleur 5 est raccordé par l'intermédiaire d'un tuyau de reflux d'eau de refroidissement 7 à un tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement 8 du réservoir d'eau d'entrée 9 d'un échangeur de chaleur 10 servant à refroidir et à préchauffer l'air comburant du moteur à combustion interne 2.L'échangeur de chaleur 10 est branché de façon non représentée dans le tuyau à air comburant du moteur 2 et relié à la tubulure d'aspiration de la pompe à eau 13 entrarnée par le moteur 2, par l'intermédiaire d'un tuyau de reflux d'eau de refroidissement 12 raccordé à son réservoir d'eau de sortie 11. La pompe à eau 13 refoule l'eau de refroidissement aspirée du tuyau de reflux 12 vers les cavités de refroidissement du moteur 2. Une valve thermostatique de court-circuit 14 en elle-même connue est branchée dans le tuyau d'arrivée 3 et règle, en fonction de la température de l'eau de refroidissement, les débits d'eau de refroidissement dans l'échangeur de chaleur 5 et dans un tuyau de court-circuit d'eau de refroidissement 15 qui évite cet échangeur, de manière à établir dans les cavités de refroidissement du moteur 2 la température constante la plushvantageu- se d'eau de refroidissement en service. L'ensemble à piston et à cylindre 16, rempli d'une substance dilatable qui a un cotes fichent de dilatation thermique et actionnant l'organe de réglage de la valve thermostatique 14, est alimenté par l'eau de refroidissement du tuyau collecteur 1. Dans le tuyau de court-circuit 15 qui relie la valve thermostatique 14 au tuyau d'arrivée 8 de l'échangeur de chaleur 10 est disposée une autre valve thermostatique de court-circuit 17 en elle-même connue, servant à débrancher l'échangeur de chaleur 10 et dont l'ensemble à piston et à cylindre 18 est également alimenté par l'eau de refroidissement du tuyau collecteur 1 quand la valve thermostatique 14 est fermée. Le tuyau de court-circuit d'eau de refroidissement la valve thermostatique 17, qui évite l'échangeur de chaleur 10, est relié à la tubulure d'aspiration de la pompe à eau 13. Dans le tuyau de reflux 7, une valve anti-retour 20 est branchée de telle sorte que l'eau du tuyau de court-circuit 15 peut entrer dans le réservoir d'eau 9 mais non dans le réservoir d'eau 6. Une autre valve anti-retour 21 est branchée dans le tuyau de reflux 12 de telle sorte que l'eau de refroidissement du tuyau de court-circuit 19 ne peut pas entrer dans le réservoir d'eau 11. Le moteur fonctionne comme suit': Pendant le temps de chauffage, après le processus de démarrage, les deux valves thermostatiques 14 et 17 sont fermées par suite de la bassetempérature de l'eau de refroidissement de sorte que les échangeurs de chaleur 5 et 10 sont débranchés et que le tuyau collecteur 1 est relié, par les tuyaux de court-circuit 15 et 19, à la tubulure d'aspiration de la pompe à eau 13. (fonctionnement en court-circuit). A la fin du temps de chauffage, si la température de l'eau de refroidissement s'est élevée au niveau d'ouverture de la valve thermostatique 17, celle-ci libère la liaison entre le tuyau col lecteur 1 et le tuyau d'arrivée 8 de sorte que l'air comburant du moteur est préchauffé par l'eau de refroidissement qui vient du tuyau collecteur 1 et qui s'échauffe rapidement. Si la température de l'eau de refroidissement dans le tuyau collecteur 1 dépasse le niveau avantageux de service, la valve thermostatique 14 ouvre la liaison entre le tuyau collecteur 1 et le réservoir d'eau 4 en fermant simultanément le tuyau de court-circuit 15, de sorte qu'au réservoir 9 est amenée de l'eau refroidie venant de l'échangeur de chaleur 5 et que l'air comburant du moteur est ainsi refroidi. REVENDICATIONS 1. - Moteur à combustion interne à refroidissement par eau muni d'un échangeur de chaleur pour le préchauffage ou le refroidissement de l'air comburant et d'un organe de commande automa- tique influencé par un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne et commandant l'amenée du véhicule de chaleur constitué par l'eau de refroidissement du moteur, à l'échangeur de chaleur qui agit sur l'air comburant, moteur caractérisé par le fait que l'organe de commande coopère en fonction de la température de l'eau de refroidissement avec un échangeur de chaleur servant à dissiper la chaleur de l'eau de refroidissement de telle sorte que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est inférieure à un niveau élevé déterminé, au moins une partie de l'eau de refroidissement sortant des cavités de refroidissement du moteur est amenée à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, tandis que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est supérieure au niveau élevé déterminé, au moins une partie de l'eau de refroidissement sortant de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est amenée à l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant, les quantités ainsi amenées à celui-ci étant, dans chaque cas, ramenées ensuite aux cavités de refroidissement du moteur. 2. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lorsque la température de l'eau de refroidissement est inférieure à un bas niveau déterminé, l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est débranché des cavités de refroidissement du moteur au moyen d'un organe de commande fonctionnant sous la dépendance de la température de l'eau de refroidissement. 3. - Moteur selon la revendication 1, comportant un tuyau de court-circuit d'eau de refroidissement qui court-circuite l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement et un organe de commande qui règle les courants d'eau de refroidissement dans cet échangeur de chaleur et son tuyau de court-circuit en fonction de la température de l'eau de refroidissement, moteur caractérisé par le fait que le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement et le tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air combutant sont constamment en communication libre et que le tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est raccordé au tuyau d'arrivée d'eau de refroidissement de l'é- changeur de chaleur agissant sur l'air comburant. 4. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tuyau de court-circuit de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est raccordé au moyen de l'organe de commande à l'entrée d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur pour le débranchement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant et que l'or- gane de commande fonctionne de telle sorte que lorsque la température instantanée de l'eau de refroidissement est supérieure au bas niveau déterminé, le tuyau de court-circuit est pratiquement isolé de l'entrée d'eau de refroidissement et relié au tuyau d'arrivée de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant tandis que lorsque la température de l'eau de refroidissement est inférieure au bas niveau déterminé, le tuyau de court-circuit est pratiquement isolé des deux échangeurs de chaleur est relié à l'entrée d'eau de refroidissement des cavités de refroidissement du moteur. 5. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que dans le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'eau de refroidissement est disposée une valve anti-retour qui se ferme en direction de cet échangeur. 6. - Moteur selon l'une des revendications 7 à 5, caractérisé par le fait que dans le tuyau de reflux d'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur agissant sur l'air comburant est disposée une valve anti-retour qui se ferme en direction de cet échangeur de chaleur. 7. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le niveau élevé déterminé de température est pratiquement égal à la température constante la plus avantageuse de -l'eau de refroidissement, en service, dans les cavités de refroidissement du moteur.