Brevet FR2502694A1 — publié le 19821001

Perfectionnements aux circuits de régulation thermique des véhicules équipés d'un ralentisseur électrique. L'invention est relative aux véhicules comportant un moteur à combustion interne, un circuit fermé pour réguler thermiquement ce moteur par la circulation for- cée d'un liquide successivement dans ledit moteur, dans un radiateur et dans une pompe d'entraînement, et un ralentisseur électrique à courants de Foucault. Dans les modes de réalisation connus des véhi- cules du genre en question, les calories engendrées par le ralentisseur lors de son fonctionnement sont évacuées vers l'extérieur du véhicule et il est prévu sur le rotor de ce ralentisseur des ailettes de re- froidissement formant ventilateur pour favoriser une telle évacuation. Cette formule présente les deux conséquences suivantes: - les calories évacuées sont perdues, - l'entraînement du ventilateur requiert une certai- ne énergie qui n'est pas exploitée utilement lorsque le ralentisseur est froid. L'invention a pour but, surtout, d'améliorer les circuits de régulation thermique considérés en récupé- rant l'énergie qui est dépensée inutilement de l'une au moins des deux façons rappelées ci-dessus. A cet effet, lesdits circuits de régulation thermique selon l'invention sont essentiellement carac- térisés en ce qu'ils comportent un tronçon de circuit auxiliaire monté en parallèle sur l'un de leurs élé- ments et propre à être parcouru par un liquide, ledit tronçon comprenant un échangeur thermique constitué par un corps métallique traversé par ledit liquide et agencé de façon à recueillir une partie importante des calories engendrées par le fonctionnement du ralentis- seur et/ou à refroidir le liquide par la ventilation due au rotor de ce ralentisseur, et une vanne à trois voies disposée en l'un des deux points de montage dudit tronçon sur ledit élément de circuit et agencée de façon à faire emprunter par le liquide circulant dans le reste du circuit soit ce tronçon, soit cet élément. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: - la vanne à trois voies est une électrovanne dont la commande est asservie à l'excitation du ralentis- seur de façon telle que le liquide circule dans le tronçon auxiliaire lorsque le ralentisseur est excité et que ce liquide circule au contraire dans l'élément, sauf dans certains cas, lorsque le ralentisseur est désexcité, - le corps métallique est propre à guider l'évacua- tion de l'air éjecté par le ventilateur lié au rotor du ralentisseur, - le corps métallique est le stator du ralentisseur, évidé de façon à permettre une circulation du liquide à travers lui, - le circuit de régulation comporte en outre un se- cond tronçon de circuit auxiliaire propre à être par- couru par un liquide et monté en parallèle sur la por- tion, dudit circuit, comprenant le moteur et la pompe, ledit second tronçon comprenant un échangeur thermique agencé de façon à transférer les calories de ce liquide à l'habitacle du véhicule, et un robinet d'arrêt monté sur le second tronçon, - la commande de l'électrovanne est assurée par un thermocontact sensible à la température du liquide en circulation, notamment au niveau du radiateur, de fa- çon telle que ce liquide circule dans le tronçon auxiliaire lorsque ladite température dépasse un seuil T indépendamment de l'état excité ou non du ralentis- seur, - dans un circuit selon l'alinéa précédent, le thermocontact est associé à des moyens pour embrayer le ventilateur qui sert à refroidir le radiateur lorsque la température à laquelle ce thermocontact est sensi- ble dépasse le seuil T, - dans un circuit selon l'un quelconque des deux alinéas précédents, la puissance d'évacuation calori- fique due aux effets combinés du radiateur et du ven- tilateur qui sert à le refroidir est prévue plus fai- ble, toutes choses égales par ailleurs, que pour un véhicule ne comportant pas un tel circuit. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limi- tative. Les figures 1 à 4, de ce dessin, montrent sché- matiquement un circuit de régulation thermique de véhi- cule établi conformément à l'invention en respective- ment quatre états de fonctionnement distincts. De façon connue en soi, le véhicule considéré comprend: - un moteur à combustion interne 1, - un ralentisseur 2 à courants de Foucault supposé ici monté sur l'arbre moteur 3, juste à la sortie de la boite de vitesses, - et un circuit fermé 4 permettant de refroidir le moteur par circulation d'un liquide (généralement de l'eau additionnée ou non d'antigel), ce circuit compre- nant en série une section 5 intérieure au moteur, une pompe d'entraînement 6 et un radiateur 7. Le radiateur 7 est refroidi par un courant d'air qui le traverse et qui est émis par un ventilateur 8 entraîné par le moteur: cet entraînement est de préfé- rence débrayé automatiquement de toute manière désira- ble, en général électriquement, tant que la températu- re du liquide dans ledit radiateur 7 demeure inférieu- re à un seuil T qui est par exemple de l'ordre de 850C. D'une façon également connue en soi, et bien que ce ne soit pas indispensable, une vanne 9 commandée par un thermostat (non représenté) sensible à la tem- pérature du liquide sortant de la section 5 intérieure au moteur permet de refermer automatiquement sur elle- même la boucle 4 comprenant ladite section et la pompe 6 lorsque cette température est inférieure à un seuil donné t qui est par exemple de l'ordre de 80WC, et au contraire à mettre en circuit la boucle complé- mentaire 42 comprenant le radiateur 7 pour les tempé- ratures supérieures à t. On prévoit en outre, selon l'invention - un tronçon de circuit auxiliaire 10 comprenant es- sentiellement un échangeur thermique 11 (sur lequel on reviendra plus loin) monté en parallèle sur un élément 43 de la boucle 41 ci-dessus, - et une électrovanne 12 à trois voies disposée à l'un des points de raccordement du tronçon 10 avec l'élément 43 et permettant, selon sa position, de faire circuler à volonté le liquide entrainé par la pompe 6 soit dans cet élément 4, soit dans ce tronçon 10. L'échangeur thermique 11 est prévu de façon à assurer un transfert de calories dans un sens ou dans l'autre entre le liquide circulant dans le tronçon 10 et le ralentisseur 2. C'est ainsi que cet échangeur il est notamment prévu de façon à pouvoir transférer audit liquide une partie importante des calories engendrées par le fonctionnement du ralentisseur 2, et ce notamment à des fins de récupération qui seront précisées plus loin. Cet échangeur peut à cet effet être constitué par le stator même du ralentisseur, dont la carcasse et les bobines sont alors évidées de canaux pour la circulation du liquide. Selon d'autres modes de réalisation, l'échan- geur il en question est établi de façon non pas spé- cialement à récupérer les calories engendrées par le ralentisseur en fonctionnement, mais à exploiter en sens inverse l'effet refroidisseur dû à la ventilation engendrée par les ailettes du rotor de ce ralentisseur lorsqu'il est froid. Dans les modes de réalisation préférés, les transferts de calories sont exploités alternativement dans les deux sens. Pour l'exploitation de l'effet refroidisseur indiqué, l'échangeur il est avantageusement constitué par un corps métallique propre à guider l'évacuation de l'air projeté par le rotor du ralentisseur 2. Ce corps présente une grande surface métallique longée sur l'une de ses faces par le liquide en circu- lation et sur son autre face par ledit air. Il se présente notamment sous la forme d'une dou- ble paroi à l'intérieur de laquelle peut circuler le liquide considéré, cette double paroi étant évidée par des passages multiples traversés par le courant d'air ci-dessus. Le corps ajouré en question peut être monté en travers de la sortie d'une volute ou bâche en spirale qui entoure le ralentisseur de façon à guider vers cette sortie la totalité du volume d'air évacué par le rotor. Une partie au moins de cette volute peut égale- ment faire partie de l'échangeur 11. L'excitation de l'enroulement 13 de l'électro- vanne 12 est asservie à celle de l'un des étages du ralentisseur (généralement le premier, mais éventuelle- ment un autre, selon les circonstances),cette dernière excitation étant elle-même commandée par une manette 14 ou autre organe de commande tel qu'une pédale: cet asservissement est prévu de façon telle que, tant que le ralentisseur demeure non excité, la circulation du liquide entraîné par la pompe 6 emprunte l'élément de circuit 43 (cas des figures 1 et 4) et qu'au contraire cette circulation emprunte le tronçon 10 dès que l'étage concerné du ralentisseur est excité (figures 2 et 3). On prévoit en outre - un second tronçon de circuit auxiliaire 15, connu en soi, destiné à chauffer l'habitacle du véhicule et comportant à cet effet au moins un convecteur de cha- leur 16 disposé dans cet habitacle, tronçon monté en parallèle sur la portion, de la boucle 41, qui com- prend la section interne 5 du moteur et la pompe 6, ce second tronçon étant équipé d'un robinet d'arrêt 17 à commande généralement manuelle, et un thermocontact 18 sensible à la température du liquide dans le radiateur 7 et susceptible de com- mander, tout comme la manette 14, l'excitation de l'enroulement 13, quand cette température dépasse le seuil T et éventuellement en outre l'embrayage du ven- tilateur 8. Le fonctionnement de l'installation ci-dessus est le suivant. Pour la situation de départ ou de repos illustrée sur la figure 1: - le moteur 1 est froid, ce qui correspond à la position de la vanne 9 pour laquelle le radiateur 7 est hors circuit et à la position débrayée du venti- lateur 8, - le ralentisseur 2 n'est pas excité, ce qui corres- pond à la position désexcitée de l'électrovanne 12, - le chauffage de l'habitacle n'est pas branché, ce qui correspond à la fermeture du robinet 17. Si dans ces conditions le moteur 1 est mis en route, le liquide entraîné par la pompe 6 emprunte le circuit le plus court possible, constitué par la bou- cle 41: les seuls organes traversés par ce liquide sont alors la section interne 5 du moteur et la pompe 6. Lorsque, à partir de cette situation, la tempéra- ture de l'eau en circulation dans ladite boucle 41 atteint le seuil t, par exemple de l'ordre de 800C, la vanne 9 est, d'une façon connue en soi, automatiquement actionnée et passe en sa position illustrée sur les figures 3 et 4, pour laquelle le radiateur 7 est mis en circuit et contribue donc à évacuer les calories du moteur. Si à partir de la situation initiale illustrée sur la figure 1 et correspondant au moteur froid, on excite le ralentisseur, l'électrovanne 12 est excitée en même temps, ce qui met en circuit le tronçon 10 com- portant l'échangeur 11 (figure 2). Les calories engendrées par le ralentisseur sont alors transférées en grande partie au liquide traversant l'échangeur 11. Les calories ainsi récupérées peuvent alors être exploitées: - pour accélérer la mise en température du moteur 1 tant que celui-ci est relativement froid, - et/ou chauffer l'habitacle du véhicule lorsque le robinet 17 est ouvert, ainsi qu'il a été illustré sur la figure 2. Il est à noter que l'ouverture du robinet 17 est effectuée d'une manière totalement indépendante des po- sitions des vannes 9 et 12, c'est-à-dire indépendamment de la température régnant dans le liquide en circula- tion et de l'état excité ou non du ralentisseur: c'est uniquement à titre illustratif et non limitatif que cette position ouverte du robinet 17 a été représentée sur les figures 2 et 3 et non sur les figures 1 et 4. Pour ladite position ouverte du robinet 17, une partie seulement du liquide entraîné par la pompe 6 circule dans le second tronçon 15, car ce second tron- çon demeure constamment monté en parallèle sur une au- tre portion du circuit de régulation 4, portion qui peut comprendre ou non l'un au moins des échangeurs 7 et Il. Le chauffage de l'habitacle résulte automatique- ment de l'ouverture du robinet 17 dès que l'eau en cir- culation devient suffisamment chaude. Le schéma décrit ci-dessus permet de récupérer aux fins de chauffage de l'habitacle les calories dissi- pées par le ralentisseur, et donc de réduire d'autant la puissance calorifique extérieure nécessaire à ce chauffage, ou même parfois de rendre inutile tout appoint extérieur de calories. Cette récupération se révèle particulièrement avantageuse dans le cas o l'habitacle à chauffer est celui, de volume relativement important, - d'un autobus urbain sujet à de fréquents ralentis- sements et dont le chauffage en hiver pose des problè- mes spéciaux du fait de la répétition des ouvertures de ses portes d'accès, - ou d'un autocar, en particulier lorsque la tempé- rature ambiante est relativement basse et que le moteur est lui-même relativement froid, ainsi qu'il advient notamment lorsqu'un tel autocar emprunte en hiver une descente prolongée de montagne. Lorsque,à partir de la situation schématisée sur la figure 2, le moteur 1 devient suffisamment chaud, la vanne 9 est actionnée automatiquement comme il a été explicité plus haut, ce qui met en circuit le radiateur 7 ainsi que visible sur la figure 3. Le mode de fonctionnement schématisé sur cette figure 3 est plus généralement celui que l'on observe pour toute excitation du ralentisseur intervenant alors que le moteur est chaud. Dans une telle hypothèse, le radiateur 7 est ex- ploité pour évacuer non seulement les calories engen- drées par le moteur (et recueillies en 5), mais aussi celles engendrées par le ralentisseur (et recueillies en 11): il est inutile d'augmenter à cet effet la capa- cité d'échange thermique normale de ce radiateur 7 étant donné que, lorsque le ralentisseur est excité, le moteur tourne à vide et s'échauffe donc relativement peu. La figure 4 concerne le cas particulier pour lequel l'installation décrite ci-dessus est exploitée non plus en vue d'un transfert de calories-du ralentisseur vers le circuit de régulation thermique, mais dans le sens inverse, c'est-à-dire du circuit de régulation thermique vers le ralentisseur ou plus précisément vers l'échan- geur 11. Pour ce cas de figure, correspondant à l'état chaud du moteur et donc à la position de la vanne 9 mettant en circuit le radiateur 7, l'électrovanne 12 est aussi automatiquement excitée, mais elle ne l'est plus à la suite de l'excitation du ralentisseur: cette excitation de l'électrovanne 12 est ici due au dépasse- ment du seuil de température T (notamment de l'ordre de 850C),>par le liquide circulant dans le radiateur 7, le thermocontact 18 étant agencé précisément de façon à assurer ladite commande dès dépassement dudit seuil, indépendamment de la position de la manette 14. Dans ces conditions, les calories engendrées par le moteur 1 sont évacuées non seulement par le radia- teur 7, mais aussi par le ventilateur que constitue le rotor du ralentisseur, au niveau de l'échangeur il: cet échangeur est alors bien entendu constitué de façon à rendre possible un tel refroidissement par ventila- tion, lequel est surtout effectif lorsque le ralentis- seur n'engendre pas lui-même des calories et donc n'est pas excité. Comme la puissance de refroidissement due à ce dernier ventilateur est disponible en permanence et ne peut donc être réduite et que par ailleurs elle s'ajoute à celle due au radiateur, il est possible que l'on atteigne, dans le cas de figure examiné, une puissance cumulée de refroidissement supérieure aux besoins: on peut tirer parti de cette constatation en réduisant la part du refroidissement due au radiateur 7, la seule condition à remplir étant que la puissance de refroi- dissement cumulée demeure suffisante pour assurer le refroidissement désiré. Cette réduction de la puissance de refroidisse- ment du radiateur est notamment obtenue: - soit en réduisant les dimensions de ce radiateur par rapport à celles requises, toutes choses égales par ailleurs, lorsque le ventilateur du ralentisseur ne peut être exploité de la manière qui vient d'être exposée, - soit en réduisant sensiblement les dimensions du ventilateur 8, - soit encore en commandant le débrayage de ce ven- tilateur tant que la puissance cumulée de refroidisse- ment se révèleeurabondante, par exemple en asservis- sant respectivement l'excitation de l'électrovanne 12 et ladite commande de débrayage à l'atteinte de deux températures T1 et T2 différentes par le liquide cir- culant dans le radiateur, la température T2 étant su- périeure à T1 mais toujours inférieure à la valeur limite admissible en pratique. Cette dernière formule permet de maintenir débrayé le ventilateur 8 et excitée l'électrovanne 12 tant que demeure disponible une portion de la puis- sance de refroidissement due à la ventilation engendrée par le rotor du ralentisseur: on récupère ainsi cette puissance - laquelle serait autrement perdue - avant de consommer de l'énergie pour entraîner le ventila- teur 8. Chacune des trois solutions préconisées ci- dessus pour réduire la puissance de refroidissement du radiateur se traduit par une économie d'énergie, ce qui constitue un avantage important. Pour éviter que l'excitation de l'électrovanne 12 ne se traduise par la mise en circulation immédiate d'un volume de liquide beaucoup plus froid que celui circulant juste avant cette excitation dans le circuit de régulation considéré, il peut être avantageux de prévoir des moyens pour différer cette mise en circula- tion jusqu'à ce que ce volune ait été suffisamment réchauffé. Ces moyens peuvent être des moyens de temporisa- tion ou encore, comme schématisé sur la figure 4, un thermocontact 19, 20 sensible à la température du li- quide contenu dans l'échangeur 11, et monté de façon à n'établir la liaison entre la manette 14 et l'enrou- lement 13 que lorsque ladite température dépasse une valeur prédéterminée, par exemple de l'ordre de 40 ou 500C. Un autre perfectionnement schématisé par le bouton-poussoir 21 sur la figure 4 permet d'exciter l'électrovanne 12 à partir de moyens autres que la manette 14 et que le thermocontact 18: ces autres moyens pourraient par exemple être un circuit retarda- teur ou thermosensible permettant de continuer à récu- pérer q-uc.lque temps des calories du ralentisseur après chaque fin d'excitation de celui-ci. A titre purement illustratif, on indique que le taux moyen de récupération des calories dissipées par le ralentisseur peut atteindre 30 à 40x. Un tel taux de récupération correspond, pour un autobus urbain s'arrêtant trois fois par kilomètre, à une puissance moyenne récupérée dé l'ordre de 8 kW, ce qui permet de satisfaire pratiquement les besoins en chauffage de l'habitacle dudit autobus tant que la température extérieure n'est pas inférieure à 50C, et compte tenu du fait que deux portes dudit habitacle sont ouvertes en grand une fois chaque minute durant environ 10 secondes. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'un circuit de régula- tion thermique de véhicule dont la constitution, le fonctionnement et les avantages (notamment la récupé- ration d'énergie qu'il rend possible) résultent suffi- samment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limi- te nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles o la portion, du circuit 4, sur la- quelle le second tronçon 15 est monté en parallèle comprendrait encore la section 5 intérieure au moteur mais non plus la pompe 6. REVENDICATIONS 1. Circuit de régulation thermique pour un véhi- cule équipé d'un ralentisseur électrique (2), mettant en oeuvre la circulation forcée d'un liquide successi- vement dans le moteur (1, 5) du véhicule, dans un ra- diateur (7) et dans une pompe d'entraînement (6). ca- ractérisé en ce qu'il comporte, monté en parallèle sur l'un de ses éléments constitutifs(43),un tronçon de circuit auxiliaire (10) propre à être parcouru par un liquide, ledit tronçon comprenant un échangeur ther- mique (11) constitué par un corps métallique traversé par ledit liquide et agencé de façon à recueillir une partie importante des calories engendrées par le fonc- tionnement du ralentisseur (2) et/ou à refroidir le liquide par la ventilation due au rotor de ce ralen- tisseur, et une vanne à trois voies (12) disposée en l'un des deux points de montage dudit tronçon sur ledit élément de circuit et agencée de façon à faire emprunter par le liquide circulant dans le reste du circuit (4) soit ce tronçon, soit cet élément de circuit. 2. Circuit de régulation thermique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la vanne à trois voies est une électrovanne (12, 13) dont la commande est asservie à l'excitation du ralentisseur (2) de façon telle que le liquide circule dans le tronçon auxiliai- re (10) lorsque le ralentisseur est excité et que ce liquide circule au contraire dans l'élément de circuit (43), sauf dans certains cas, lorsque le ralentisseur est désexcité. 3. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps métallique (11) est propre à guider l'évacuation de l'air éjecté par le ventilateur lié au rotor du ralentisseur. 4. Circuit de régulation thermique selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que le corps métalli- que (11) comporte une portion ajourée montée en travers de la sortie d'une volute entourant le ralentisseur, au moins une partie de cette volute elle-même pouvant éga- lement être constitutive dudit corps. 5. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps métallique (11) est le stator du ralentis- seur, évidé de façon à permettre une circulation du liquide à travers lui. 6. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second tronçon de circuit auxiliaire (15) propre à être parcouru par un liquide et monté en parallèle sur la portion de cir- cuit comprenant le moteur (5) et la pompe (6), ledit second tronçon comprenant un échangeur thermique (16) agencé de façon à transférer les calories de ce liquide à l'habitacle du véhicule, et un robinet d'arrêt (17) monté sur ce second tronçon. 7. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la commande de l'électrovanne (12, 13) est assurée en outre par un thermocontact (18) sensible à la température du liquide en circulation, notamment au niveau du radiateur (7), de façon telle que ce liquide circule dans le tronçon auxiliaire (10) lorsque ladite température dépasse un seuil T indépendamment de l'état excité-ou non du ralentisseur. B. Circuit de régulation thermique selon la re- vendication 7, caractérisé en ce que le thermocontact (18) est associé à des moyens pour embrayer le venti- lateur (8) qui sert à refroidir le radiateur (7) lors- que la température à laquelle ce thermocontact est sensible dépasse le seuil T. 9. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la puissance d'évacuation calorifique due aux effets combinés du radiateur (7) et du ventilateur (8) qui sert à le refroidir est prévue plus faible, toutes choses égales par ailleurs, que pour un véhicule ne comportant pas un tel circuit. 10. Circuit de régulation thermique selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (19, 20) pour empêcher que la vanne (12) ne puisse être mise en sa position correspondant à la mise en circuit du tronçon auxiliai- re (10) tant que la température du liquide dans l'échan- geur (11) demeure inférieure à un seuil donné. 11. Circuit de régulation thermique selon la re- vendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (21) pour maintenir excitée l'électrovanne (12) un peu de temps après chaque fin d'excitation du ralen- tisseur.