Brevet FR2532740A1 — publié le 19840309

Echangeur de chaleur, en Darticulier pour circuit de refroidissement d'un moteur diesel. L'invention concerne un échangeur de chaleur, destiné au circuit de refroidissement d'un moteur à -combustion interne, en particulier d'un moteur diesel, cet échangeur comprenant au moins une bote à eau et un vase d'expansion, un passage de dégazage reliant la botte à eau au vase d'expansion, et un orifice prévu en partie inférieure du vase d'expansion pour être relié à l'aspiration d'une pompe de circulation du liquide de refroidissement et former ainsi une dérivation sur le circuit du liquide de refroidissement. De façon cornue1 le passage de dégazage reliant la botte à eau et le vase d'expansion permet d'évacuer, vers le vase d'expansion, les bulles d'air ou de gaz transportées par le liquide de refroidissement lors du fonctionnement du moteur et qui pourraient être la cause de "points chauds" dans la culasse du moteur. Pour éviter une reprise d'air dans le circuit de refroidissement à l'arret du moteur, on prévoit en général que le passage de dégazage débouche sous le niveau du liquide contenu dans le vase d'expansion. L'orifice qui est prévu à la partie inférieure du vase d'expansion pour etre relié à l'aspiration de la pompe de circulation, en particulier dans le cas ou le moteur à combustion interne est un moteur diesel, permet un dégazage au moins partiel du liquide de refroidissement lors d'un démarrage à froid du moteur1 lorsque le circuit normal du liquide à travers L'échangeur de chaleur est fermé par une vanne à commande thermostatique et que la circulation du liquide se fait essentiellement en dérivation sur l'échangeur, pour accélérer le chauffage du moteur. Dans ce cas, seul un faible débit de liquide de refroidissement circule par le passage de dégazage et sort du vase d'expansion par ledit orifice inférieur relié à l'aspiration de la pompe. Cette disposition est avantageuse en ce qu'elle permet un dégazage au moins partiel du liquide de refroidissement à froid, quand le circuit normal de refroidissement est fermé par la vanne à commande thermostatique. On a constaté toutefois qu'il pouvait se produire un jaillissement brutal de liquide à travers le bouchon à clapets tarés de surpression et de dépression qui ferme l'orifice de remplissage du vase d'expansion, lorsque le moteur très chaud est arrêté. Le liquide de refroidissement présent dans la culasse est alors vaporisé, en raison de la température élevée de la culasse, et il se forme un bouchon de vapeur qui pousse le liquide de refroidissement à travers la pompe de circulation et le conduit reliant cette pompe à l'orifice inférieur du vase d'expansion, de sorte que le liquide contenu dans ce vase est expulsé au dehors à travers le bouchon muni des clapets tarés. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient, d'une façon. particulièrement simple et économique. Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini ci-dessus, qui est caractérisé en ce que le passage de dégazage relie directement la partie supérieure de la boute à eau à la partie supérieure du vase d'expansion et, dans ce dernier, est prolongé vers le haut au-dessus du niveau de liquide. On a constaté, de façon surprenante, qu'un tel passaqe de dégazage permettait d'éviter, à l'arrêt du moteur très chaud, l'inconvénient précité, le liquide étant alors poussé directement vers le passage de dégazage et parvenant dans le vase d'expansion sans se mélanger au liquide normalement contenu dans celui-ci et donc sans risquer de l'expulser à travers le bouchon à clapets tarés. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le vase d'expansion s'étend au moins en partie au-dessus duniveau de la culasse du moteur. Ainsi, bién que le passage de dégazage relie la partie supérieure de la bolte à eau à la partie supérieure du vase d'expansion, au-dessus du niveau du liquide contenu dans celui-ci, une reprise d'air dans le circuit de refroidissement à l'arret du moteur ne peut se traduire par une accumulation d'air dans la culasse du moteur. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue schématique d'un circuit de refroidissement d'un moteur diesel selon la technique antérieure La figure 2 est une we schématique et en coupe partielle d'une partie d'un échangeur selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe selon la ligneEI-III de la figure 2. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement le circuit de refroidissement d'un moteur diesel selon la technique an térieue. Selon cette technique antérieure, 1 'échangeur de chaleur 10, qui forme le radiateur du circuit de refroidissement, cati prend un faisceau 12 de tubes horizontaux de circulation du liquide de refroidissement aux ex trématés duquel sont montées des boites à eau 14 et 16. La boite à eau 16 est pourvue, en partie supérieure, d'une tubulure 18 d'entrée de li quide dans l'échangeur et, en partie inférieure, d'une tubulure 20 de sortie de liquide hors de l'échangeur.La boîte à eau 16 est partagée, par une cloison interne 22, en une chambre supérieure 24 et une chambre inférieure 26, qui sont séparées de façon étanche l'une de l'autre par ladite cloison interne 22, la tubulure d'entrée 18 débouchant dans la chambre supérieure 24 et la tubulure de sortie 20 cXmmur irusnt avec la chambre inférieure 26. Le passage de dégazage est formé par un tube ou tuyau coudé 28 qui s'étend, à l'intérieur de la boîte à eau 16, depuis la partie supérieure de celle-ci, sensiblement au voisinage de la tubulure d'entrée 18, le tube 28 traversant de façon étanche la cloison interne 22 et débouchant à son extrémité inférieure dans la partie inférieure du vase d'expansion 30 qui est normalement rempli de liquide jusqu'au niveau 32. Dans cette forme de réalisation, le vase d'expansion 30 est formé d'une pièce par moulage avec la boîte à eau 16, mais est extérieur à celle-ci et lui est relié par un voile mince 34. La partie supérieure du vase d'expansion 30 présente un orifice 36 fermé par un bouchon amovible 38 muni de clapets tarés de surpression et de dépression, et la partie inférieure du vase d'expansion présente un orifice 40 relié par un conduit 42 à l'aspiration d'une pompe 44 de circulation du liquide de refroidissement. La sortie 46 de la pompe 44 est reliée à des passages de circulation de liquide formés dans la culasse du moteur M, la sortie de ces passages étant reliée par un conduit 48 à la tubulure 18 d'entrée de liquide dans l'échangeur de chaleur. Un conduit 50 reliant la tubulure de sortie 20 à l'aspiration de la pompe 44 complète le circuit normal du liquide de refroidissement. En outre, une vanne 52 à commande thermostatique est prévue dans le conduit 50 et est reliée au conduit 48 par un branchement 54. Quand la température du liquide de refroidissement est inférieure à une valeur prédéterminée, la vanne 52 ferme le conduit 50 et relie directement le branchement 54 à l'aspiration de la pompe 44 tandis que,si la température du liquide est supérieure à cette valeur prédéterminée, la vanne 52 ferme le branchement 54 et relie le conduit 50 à l'aspiration de la pompe 44. Ainsi, lorsque le démarrage du moteur se produit à froid, la majeure partie du liquide de refroidissement circule par la pompe 44, le conduit 46, le moteur M, le conduit 48, le conduit 54, et la vanne 52, le conduit 50 étant fermé de sorte que le liquide de refroidissement arrivant dans la bote à eau 16 par le conduit 48 ne peut traverser le faisceau 12 de tubes, circuler dans la boîte à eau 14 et gagner la tubulure de sortie 20. Par contre, une petite partie du liquide de refroidissement circule à travers le tube de dégazage 28 et gagne le vase d'expansion 30, pour revenir par l'orifice in férieur 40 et le conduit 42 à l'aspiration de la pompe 44. Dans ces conditions, si le liquide de refroidissement transporte des bulles d'air ou des gaz, le dégazage de ce liquide s'opère dans le vase d'expansion 30, ce qui évite tout risque de détérioration du moteur par formation de "points chauds" dans la culasse. Dès que la température du liquide de refroidissement a atteint la valeur prédéterminée, la vanne 52 ferme le branchement 54 et relie le conduit 50 à l'aspiration de la pompe 44, de sorte que le liquide peut alors circuler par le conduit 48, la boîte eau 16, le faisceau de tubes 12, la bote à eau 14, la tubulure de sortie 20 et le conduit 50 et est donc refroidi par traversée du faisceau 12 dans un sens en partie supérieure et traversée de ce faisceau dans l'autre sens en partie inférieure. Le dégazage continue à s'opérer par le tube de dégazage 28, en raison de l'aspiration développée dans le vase d'expansion 30 par la pompe 44 au moyen du conduit 42 et de l'orifice inférieur 40. Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, on a toutefois constaté, à l'arrêt du moteur chaud, un jaillissement de liquide à travers le bouchon 38. Cela s'explique par le fait que le liquide de refroidissement présent dans la culasse et vaporisé en raison de la température élevée de celle-ci, forme un bouchon de vapeur qui repousse le liquide du circuit à travers la sortie 46 de la pompe, à travers la pompe ellemême, le conduit 42 et l'orifice inférieur 40 du vase d'expans ion. Cette poussée du liquide en partie inférieure du vase d'expansion provoque l'expulsion1 à travers le bouchon taré 38, d'une partie du liquide contenu dans le vase d'expansion. L'invention prévoit d'éviter cet inconvenient grâce à une modification du conduit de dégazage, comme représenté en figures 2 et 3. Dans ces figures, on a désigné les éléments correspondants à ceux de la figure 1 par les mêmes chiffres de référence. On voit donc en figure 2 une partie du faisceau 12 de tubes horizontaux 60, la boîte à eau 16 avec ses tubulures d'entrée et de sortie 18 et 20 respectivement, sa cloison interne 22, le vase d'expansion 30 avec son orifice supérieur de remplissage 36 et son orifice inférieur 40. Selon l'invention, le passage de dégazage 62 relie directement la partie supérieure de la boîte à eau 16 à la partie supérieure du vase d'expansion 30 et est prolongé, dans le vase d'expansion 30, au-dessus du niveau 32 du liquide qui y est contenu, avantageusement de façon à se terminer immédiatement en regard d'une paroi fixe de ce vase 30, par exemple une paroi horizontale annulaire 64 d'une pièce 66 coiffant fixement l'extrémité du vase d'expansion et présentant un embout vertical formant l'orifice de remplissage 36. On constate que, avec une telle disposition du passage de dégazage 62, l'inconvénient précité ne se produit plus. En cas d'arrêt du moteur, même à chaud, le liquide poussé par le bouchon de vapeur formé dans la culasse passe par le conduit 48, pénètre dans la boîte à eau 16 par la tubulure d'entrée 18 et de là; gagne directement la partie supérieure du vase d'expansion par le passage 62. Le jet de liquide sortant de ce passage vient frapper la paroi 64 de la pièce 66, au-dessus du niveau 32 du liquide contenu dans le vase d'expansion. On évite ainsi toute expulsion de liquide par le bouchon fermant l'orifice de remplissage 36. Dans la forme de réalisation qui a été décrite l'extrémité supérieure du vase d'expansion 30 se trouve au-dessus de l'extrémité supérieure de la boîte à eau associée 16. La culasse du moteur M se trouve à un niveau inférieur à celui des parties supérieures de la boîte à eau 16 et du vase d'expansion 30 de telle sorte que le niveau du liquide contenu dans ce vase d'expansion est toujours situé. au-dessus de la culasse du moteur. Ainsi à l'arrêt du moteur, une reprise d'air par le conduit de dégazage 62 ne peut entraîner une accumulation d'air dans la culasse du moteur0 l'air restant dans la partie supérieure de la boîte à eau 16 ainsi que dans le ou les tubes supérieurs 60 du faisceau. Revendications. 1. Echangeur de chaleur formant le radiateur d'un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur diesel, comportant au moins une boite à eau et un vase d'expansion, un passage de dégazage reliant la boîte à eau au vase d'expansion, et un orifice prévu en partie inférieure du vase d'expansion pour être relié à l'aspiration d'une pompe de circulation du liquide de refroidissement et former ainsi une dérivation sur le circuit du liquide de refroidissement, caractérisé en ce que le passage de dégazage (62) relie directement la partie supérieure de la boîte à eau (16) à la partie supérieure du vase d'expansion (30) et, dans ce dernier, est prolongé vers le haut au-dessus du niveau de liquide (32). 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage de dégazage (62) débouche dans le vase d'expansion (30) immédiatement en regard d'une paroi fixe (64) de celui-ci. 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie supérieure du vase d'expansion (30) est fermée par un bouchon (38) à clapets tarés de surpression et de dépression, monté amoviblement sur un embout (66) présentant ladite paroi fixe (64) en regard de laquelle débouche le passage de dégazage (62). 4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du vase d'expansion (30) se trouve au-dessus de celle de la bote à eau (16). 5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vase d'expansion (30) s'étend au moins en partie au-dessus du niveau de la culasse du moteur (M) . 6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que la boite à eau (16) reliée par le passage de dégazage (62) au vase d'expansion (30) comporte les orifices (18) et (20) d'entrée et de sortie de liquide dans l'échangeur, ces orifices étant de part et d'autre d'une cloison transversale interne (22) qui partage de façon étanche le volume interne de la boîte à eau (16) en deux chambres (24 et 26). 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes1 caractérisé en ce que la boîte à eau (16) et le vase d'expansion (30) sont reliés l'un à l'autre uniquement par le passage de dégazage (62).