Brevet FR2384106A1 — publié le 19781013

On saint, que les moteurs à combustion interne pour véhicules automobiles peuvent 8tre refroidis par un liquide, tel que de lteau par exemple, se déplaçant dans un circuit fermé au moyen d'une pompe de circulation qui est accouplée à la poulie de vilebrequin par une poulie et une courroie dtentratnement. Dans un tel circuit, le liquide qui sort du moteur à combustion interne est recyclé dans un radiateur où il cède ses calories, et les échanges air-liquide au droit du radiateur sont activés par un ventilateur qui est, ou bien accouplé à la pompe à liquide au moyen d'un embrayage électro- magnétique, ou bien entratné de façon indépendante par un moteur électrique dont ltarr8t ou la mise en route est commandé par une thermistance branchée sur le radiateur. On sait également que, pour accroître le rendement d'un moteur à combustion interne et pour en réduire la pollution en dimi- nuant la teneur en hydrocarbures imbrAlés dans les gaz d'échappe- ment, il est nécessaire de maintenir autant que possible le liquide de refroidissement à une température optimale sensiblement constan te, Or, la pompe à liquide est entratnée par le moteur à combustion interne de sorte que la vitesse de rotation de la pompe et par suite, la quantité de liquide débité ne dépend que de la vitesse de rotation du moteur.Il s1 ensuit que la variation de la vitesse de la pompe en fonction de celle du moteur, n1 est pas toujours suffi- sante pour assurer le maintien du moteur à sa température optimum de fonctionnement quel qu'en soit le régime.Ainsi, au démarrage lorsque le moteur est froid, la vitesse de rotation de la pompe est trop élevée pour la quantité de chaleur à évacuer ; par contre, lors- que le moteur est au ralenti, après un-fonctionflement à char. éle- uvée, la quantité de chaleur b évacuer ent ers importante alors que la vitesse de rotation du moteur et, partant de la pompe, est justement réduite. Sur les moteurs à combustion interne aotuels, tout se passe en fait comme si le refroidissement pouvait être indépendant de la quantité de chaleur à évacuer.En outre, oi oonsta- te que pour une marche à plein régime du moteur, la pompe/liquide de refroidissement cavite et consomme une quantité d'énergie très importante pouvant dépasser 2 kw dans le cas d'une pompe classique entratnée à une vitesse de 7000 tours par minute, ce qui a pour effet de réduire le rendement du moteur à combustion interne. la présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients précités et à cet effet, elle se propose de réaliser un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion pour véhicule au tomobile dans lequel la pompe à liquide est entraînée à une vites- se indépendante de celle du moteur. Avantageusement, la pompe à liquide est entraînée par un moteur électrique dont la vitesse de rotation est fonction dtune ou de plusieurs variables de fonction ment du moteur à combustion interne, tels que sa température, la teneur en hydrocarbures imbrûlés des gaz dtéchappement, la dépression régnant dans les tubulures d'admission du moteur, etc. ta présente invention a donc pour objet un dispositif de re frodissement destiné à un moteur à combustion interne pour véhlcule automobile, ce dispositif comprenant un circuit fermé dans lequel est susceptible de se déplacer un fluide de refroidissement, circuit sur lequel sont branchés d'une part, au moins un échangeur de chaleur, tel qu un radiateur par exemple, qui est éventuellement soumis à l'action d'un ventilateur et, d'autre part, au moins une pompe assurant la circulation du fluide de refrodissement dans le circuit, caractérisé par le fait que la pompe précitée est entratnée à une vitesse indépendante de celle du moteur à combustion interne. Dans un mode préféré de réalisation, la pompe est entranée par un moteur électrique à vitesse variable ; la variation de îa viH tesse de rotation du moteur électrique précité est commandée en fonction dtau moins une variable de fonctionnement du moteur à combustion interne, telle que la température du moteur, la dépression dans la tubulure d' admission du moteur et la température du liquide de refroidissement dans ltéchangeur par exemple, la mesure de ces Varia~ bles étant effectuée au moyen de capteurs appropriés. Dans une première variante, les mesures des variables de fonctionnement du moteur k combustion interne qui sont effeeteées par les capteurs peuvent titre avantageusement traitées dans lr. cal culateur, la grandeur de commande élaborée par le calculateur étant ensuite envoyée dans un régulateur susceptible de faire varier la vitesse de rotation du moteur électrique entratriant la pompe ; les capteurs de mesure utilisés sont des capteurs de température placés sur le moteur à combustion interne etXou sur ltéchangeur de refroidissement ; dans une première réalisation, le ventilateur associé au radiateur est actionné parunmoteur électrique dont la manoeuvre dlarr8t ou de mise en route est commandée par Un régulateur et est fonction de 11 écart entre une grandeur de commande délivrée par le calculateur et une grandeur de consigne ss dans une autre réaliSation, le ventilateur associé au radiateur est actionné par un moteur électrique dont la vitesse est fonction de l'écart entre une grandeur de commande délivrée par le calculateur et une grandeur de consigne. Dans une deuxième variante, les mesures effectuées par les capteurs sur les variables de fonctionnement du moteur à combustion interne sont directement introduites dans au moins un régulateur où elles sont comparées à des valeurs de consigne assignées à ces variables, l'écart entre ces mesures et les valeurs de consigne étant transformé par le régulateur en une grandeur de commande du moteur électrique entraSnant la pompe ; il est prévu au moins un capteur de température sur le moteur à combustion interne, les mesures effectuées par ce capteur étant traitées par le régulateur assurant la commande du moteur électrique entraSnant la pompe ; la valeur de consigne introduite dans le régulateur de commande du moteur électrique qui actionne la pompe est issue d'un régulateur additionnel, ladite valeur étant fonction de l'écart entre la valeur de la dépression mesurée dans les tubulures d'admission du moteur à combustion interne et une valeur de consigne assignée à cette dépression ; 11 opération d'arrêt ou de mise en route du moteur électrique d'en traSnement du ventilateur est commandée par un régulateur de température et dépend de 11 écart entre la valeur de la température mesurée par un capteur placé sur 11 échangeur et une valeur de consigne assignée à cette température. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 représente un schéma dtun circuit de refroidissement selon l'inventiondans lequel le moteur électrique d'en traSnement de la-pompe a une vitesse tgriable fonction de la température du moteur à combustion interne ; - la figure 2 représente une variante du dispositif de la figure 1, dans laquelle la vitesse -de rotation du moteur électrique entratnant la pompe est fonction, à la fois de la température du moteur à combustion interne et de la dépression régnant dans la tubulure d'admission de ce moteur ; ; - la figure 3 représente un schéma dtun autre circuit de refroidissement selon l'invention, dans lequel la variation de la vitesse de rotation du moteur dentratnement de la pompe d'une parts et lgarret ou la mise en marche du moteur de ventilateur, d'autre part, sont commandés en fonction de masures de la tempbrature ef- fectuées sur le moteur C combustion interne et sur le radiateur, ces mesures étant traitées par un calculateur. En se référant à la figure 1 du dessin, on voit que l'on a représenté le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne 1 d'un véhicule automobile. A l'intérieur du moteur à combustion interne 1 est prévue d'une façon classique, une circulation de liquide de refroidissement tel que de l'eau par exemple. Ce liquide est refroidi dans un échangeur air-eau ou radiateur 2 qui est relié au moteur 1 par deux conduits 3a et 3b faisant partie du circuit de refroidissement. Le déplacement du liquide de refroidissement entre le radiateur 2 et le moteur l se fait par une pompe 4 placée sur le conduit 3a.Entre les conduits 3a et 3b est branché en dérivation, un conduit 3. Ce dernier est relié au conduit 3a par un dispositif 5, connu sous le nom de "Calorstat", constitué par une vanne commandée par un thermostat. Au démarrage du moteur lorsque celui-ci est froid, la vanne du Calorstat 5 permet la circulation du liquide dans le conduit en dérivation 3c selon le sens indiqué par la flèche 6 en interrompant simultanément le passage du débit de liquide dans le radiateur 2. Lorsque la température du liquide a atteint une valeur déterminée, le Calorstat 5 se déclenche : sa vanne interrompt le passage du liquide à intérieur du conduit en dérivation 3c et ouvre simultanément l'arrivée de liquide de dans le radiateur 2, la circulation de liquide s'effectuant comme indiqué par la flèche 7. Pour activer les échanges air-liquide au droit du radiateur 2, on peut prévoir un ventilateur 8 entraîné par un moteur électrique 9. t'arret ou la mise en route du moteur électrique 9 est con mandé de façon classique à partir d'un thermostat 10 équipé a'un capteur de température Iqo placé sur le radiateur 2, Le thermostat 10 sert réguler la te:;êrature du liquide de refroidissement à l'intérieur du radiateur 2 en commandant à la fois la mise en mar ohe du moteur électrique 9 associé au ventilateur 8 quand une limite supérieure de température est atteinte et l'arrêt du moteur 9 pour une limite inférieure de température. La caractéristique essentielle du circuit de refroidissement représentée à la figure 1, provient du fait que la pompe à liquide 4 a une vitesse de rotation qui est indépendante de celle du moteur à combustion interne 1. Dans cet exemple, la pompe 4 est actionnée par un moteur électrique Il à vitesse variable la variation de la vitesse de rotation du moteur 11 est fonction de la température du moteur 1 dont la mesure est effectuée par un capteur de température 12 de type connu, tel qu'uns thermistance par oecemple. La tension électrique issue du capteur 12 est transmise à un régulateur 13 où elle est comparée à une tension de consigne convenablement choisie. L'écart entre la valeur mesurée par le capteur 12 et la valeur de consigne est transformé par le régulateur 13, suivant une équation de régulation appropriée, en une grandeur de commande telle que par exemple l'intensité de courant électrique fournie au moteur électrique 11. Ainsi, la vitesse de rotation de la pompe est régulée en fonction, non pas de la vitesse de rotation du moteur comme c'était Jusqu'ici le cas mais en fonction de sa temp8rature, ce qui contribue à maintenir le moteur 1 à sa température optimum de fonctionnement. On constate que le système de refroidissement qui vient dlg- tre décrit présente l'avantage damdliorer la vitesse de montée en température du moteur 1, ce qui permet à la fois de chauffer plus rapidement l'habitacle du véhicule et de réduire la pollution, puisque la température de bon fonctionnement du moteur est atteinte plus rapidement. En outre, la régulation du débit de la pompe 4 en fonction de la température du moteur permet d'éviter d'avoir au ralenti, a- près un fonctionnement à charge élevée, une température du moteur trop importante : en effet, la quantité de chaleur dégagée peut entre plus vite évacuée grâce à une augmentation de la vitesse de rotation de la pompe 4.Enfin, pour des régimes élevés du moteur 1, la pompe 4 est susceptible de tourneur à une vitesse de rotation réduite et donc de consommer moins d'énergie que les pompes a liquide Jusqu'ici utilisées dont la vitesse de rotation n'était pas indépendante de celle du moteur à combustion interne. En se référant à la figure 2 du dessin, on voit que l'on a représenté une variante de réalisation du circuit de refroidisse- ment de la figure 1, On observe que tous les éléments décrits pour la réalisation de la figure 1 se retrouvent identiquement dans la réalisation de la figure 2 ; sur la figure 2, on a en conséquence affecté aux éléments correspondants de la figure 1, les mimes références. La seule différence -provient du fait que la valeur de con Signe qui est attribuée au régulateur de température 13 est établie en fonction de mesures de la dépression régnant dans les tubulures d'admission dQ moteur à combustion interne 1, Cette mesure de la dépression s'effectue par un capteur de dépression de type oonnu non représenté sur la figure 2.La tension électrique issue de ce capteur de dépression est envoyé dafli un régulateur 14 où elle est comparée à une tension de consigne préétabîlO. Le régulateur 14 transforme 1' écart entre le point de consigne et la valeur mesurée de la dépression, en une tension qui est utilisée comme valeur de consigne dans le régulateur 13. Ainsi, la vitesse de rotation de la pompe 4 est liée, non seulement à la température du moteur 1 mais encore à la dépression régnant dans la tubulure d'admission de ce moteur. Les avantages procurés par le circuit de refroidissement de la figure 2 sont sensiblement analogues à ceux que présente le dispositif de la figure 1. En se référant à la figure 3 du dessin, on voit que lwon a représenté le moteur à combustion interne 1 qui est équipé d'un circuit de refroidissement comprenant le radiateur 2 lequel est relié au moteur 1 par les deux conduits 3a, 3b du circuit. La circulation d'eau dans le circuit de refroidissement se fait par la pompe 4 ac tionnée par le moteur électrique 11. On retrouve également le conduit 3c branché en dérivation entre les deux conduits 3a,3b et communiquant avec le Calorstat 5. Le radiateur de refroidissement 2, ainsi que le moteur à com- bustion interne 1, sont chacun équipés d'un capteur de température 15, 16, tel qu'une thermistance par exemple. Les informations données par les capteurs de température 15, 16 sont délivrées à un calcula- teur 18 dans lequel est programmé en fonction des températures me surées à la fois sur le moteur 1 et sur le radiateur 4 d'une part, une loi de variation de la vitesse du moteur électrique 11 et, d'autre part, une équation de commande de la mise en marche ou de l'arrêt du moteur 9 du tentilsteur. Ainsi, une première grandeur de commande élaborée par le oaloulateur 18, est délivrée à un rigula- tour 19 qui déclenche la mise en route ou l'arrêt du moteur 9 de ventilateur en jonction de l' écart existant entre la grandeur de commande du calculateur et une valeur de consigne convenablement choisie. De m8ms, une seconde grandeur de commande issue du cal- culateur 18 est traitée par un régulateur 20 qui fait varier la vitesse de rotation du moteur électrique 11 de la pompe 4. Bien entendu, la loi de variation de la vitesse de la pompe 4 peut entre élaborée k partir des informations d'un nombre que loon- que de capteurs de température ou d'une autre variable de fonction neigent placés sur le moteur 1 ainsi que des informations d'un non bre quelconque de capteurs de température placés sur le radiateur 2, Il On est de même de la commande du moteur 9 qui actionne le ventilateur 8. Au moment de la mise en route du moteur à combustion interne 1, le ventilateur 8 est à ltarr8t et la pompe 4 tourne à sa vitesse la plus faible compatible avec les températures du moteur ; ensuite, la température du moteur 1 peut entre régulée autour de sa température optimum de fonctionnement gracie à la fois à la variation de la vi- tesse de la pompe et à la commande de la mise en route ou de l'ar- rat du ventilateur 8 en fonction des températures mesurées sur le moteur 1 et sur le radiateur 2. I1 est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de refroidissement destiné à un moteur à combustion interne, notamment pour véhicule automobile, ce dispose tif comprenant un circuit fermé dans lequel est susceptible de se déplacer un fluide de refroidissement, circuit sur lequel sont bran chés, d'une part, au moins un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur par exemple, qui est éventuellement soumis à l'action d'un ventilateur et, d'autre part, au moins une pompe assurant la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit, caractérisé par le fait que la pompe précitée est entratnde à une vitesse indépendante de celle du moteur à combustion interne. 2 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que la pompe est entraînée par un moteur électrique à vitesse Variable. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la variation de la vitesse de rotation du moteur électrique précité est commandée en fonction d'au moins une variable de fonctionnement du moteur à combustion interne, telle que la tempé- rature du moteur, la dépression dans la tubulure dtadmission du moteur et la température du liquide de refroidissement dans l'échangeur par exemple, la mesure de ces variables étant effectuée au moyen de capteurs appropriés. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les nesures/vardeSiabîes de fonctionnement du moteur à combustion interne sont trait dans un calculateur, la grandeur de commande élaborée par le calculateur étant ensuite en vouée dans un régulateur susceptible de faire varier la vitesse de rotation du moteur électrique entratnant la pompe. 5 - DiXpoX5tit selon la revendication 3, caractérisé par le rait que les capteurs de mesures utilisés sont des capteurs de tem rature placés sur le moteur à combustion interne et/ou sur llé, changeur de refroidissement. 6 - Dispositif selon les revendioations l et 4 prises simul- tanément, caractérisé par le fait que le ventilateur associé à l'é- changeur de refroidissement est actionné par un moteur électrique dont la manoeuvre d'arrêt ou de mise en route est commandée par un régulater et est fonction de l'écart entre Une grandeur de commande délivrée par le calculateur et une grandeur de consigne. 7 - Dispositif selon les revendications 1 et 4 prises simul- tanément; caractérisé par le fait.que le ventilateur associé à l'é- changeur de refroidissement est actionné par un moteur électrique dont la vitesse est fonction de l'écart entre une grandeur de commande délivrée par le calculateur et une grandeur de consigne. 8 - Dispositif selon lune des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les mesures effectuées par les capteurs sur les variables de fonctionnement du moteur à combustion interne sont directement introduites dans au moins un régulateur où elles sont comparées à des valeurs de consigne assignées à ces variables, 1t6- cart entre les valeurs mesurées et les valeurs de consigne étant transformé par le régulateur en une grandeur de commande du moteur électrique entraînant la pompe. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il est prévu au moins un capteur de température sur le moteur à combustion interne, les mesures effectuées par ce capteur étant traitées par le régulateur assurant la commande du moteur électrique entraSnant la pompe. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la valeur de consigne introduite dans le régulateur de commande du moteur d'entraînement de la pompe est issue d'un régulateur additionnel, ladite valeur étant fonction de ltécart entre la valeur de la dépression mesurée dans les tubulures d'admission du moteur 8 combustion interne et une valeur de consigne assignée à cette dépression. 11 - Dispositif selon lune des revendications 8 à 10, carac- térisé par le fait que l'opération dtarr8t ou de mise en route du moteur électrique dtentratnement du ventilateur est commandée par un régulateur de température et dépend de ltXcSt entre la valeur de la température mesurée par un capteur placé sur ltdchangeur eut une valeur de consigne usignée à cette température.