Brevet FR2571431A1 — publié le 19860411

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte à un dispositif de refroidissement pour moteur à combustion interne, du type comprenant un circuit fermé dans lequel se déplace un fluide de refroidissement et sur lequel sont branchés d' une part, au moins un échangeur air/fluide de refroidissement tel qu' un radiateur et d' autre part, au moins une pompe assurant la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit. Généralement, le circuit de refroidissement d' un moteur à combustion interne possède les propriétés suivantes - la totalité du débit du fluide de refroidissement est véhiculé au-travers du moteur et du radiateur - la température maximale du circuit de refroidissement est volontairement limitée afin de ne pas dépasser par 1' intermédiaire d' un échangeur de chaleur, une température critique d' environ 110 C pour le fluide de lubrification du moteur. Un tel circuit présente les inconvénients suivants - la régulation thermique du circuit de refroidissement dépend étroitement d' un seuil limite fixé par la qualité du lubrifiant, d'une part - et le système de refroidissement externe au moteur incorporant notamment le radiateur, des canalisations et un échangeur lubrifiant/fluide refroidisseur, est dimensionné pour pouvoir recevoir la totalité du débit provenant du moteur. L'invention propose de remédier à ces inconvénients en perfectionnant un tel circuit de refroidissement. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de refroidissement qui comporte, suivant une particularité de l'invention, un échangeur de chaleur fluide de lubrification/fluide de refroidissement intercalé entre le radiateur et le moteur, ainsi que deux thermostats basse et haute température (B.T. et H.T.) susceptibles de répartir le débit du fluide de refroidissement en provenance du moteur vers le radiateur, cet échangeur de chaleur et ce moteur. Cette particularité permet un fonctionnement du dispositif de refroidissement avec deux seuils de température, ce qui procure les avantages suivants - un refroidissement du moteur mieux adapté aux besoins réels car une partie de la puissance thermique inutilement dissipée peut être récupérée ; - une efficacité d' échange thermique augmentée pour le radiateur ; - et une régulation de la température du lubrifiant à une - valeur inférieure au seuil de régulation du circuit de refroidissement du moteur. Suivant une autre particularité de 1' invention, ce dispositif de refroidissement comporte une pompe auxiliaire disposée entre le radiateur et cet échangeur de chaleur, et susceptible d' assurer le débit de fluide de refroidissement en provenance, soit du thermostat basse température, soit du radiateur, vers cet échangeur de chaleur. Suivant une autre particularité de l' invention, cette pompe auxiliaire est entraînée à une vitesse variable, pilotée notamment par la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur. Cette pompe auxiliaire à vitesse variable présente 1' avantage, avec une commande électrique par exemple, de continuer de fonctionner après 1' arrêt du moteur. D'autres particularités et avantages de. l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de huit modes de réalisation préférentiels, donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1, 2, 3 ; 7, 8, 9 ; 13 ét 14 représentent respectivement et schématiquement huit modes de réalisation d' un dispositif de refroidissement conforme à l'invention ; et - les figures 4, 5, 6 ; 10, Il, 12 ; 15, 16 et 17 représentent schématiquement trois états de fonctionnement de thermostats utilisés dans les dispositifs de refroidissement illustrés aux figures précédentes. Conformément aux figures 1, 2 ; 7, 8 ; 13 et 14, un moteur à combustion interne O est pourvu d' un dispositif de refroidissement constitué notamment par un radiateur 1, une pompe 2, un thermostat haute température 3, un thermostat basse température 4, une pompe auxiliaire - 5 et un échangeur de chaleur huile de lubrification/fluide de refroidissement 6. Le radiateur 1 présente une structure du type "Multipass" de manière à produire un fort gradient de température et une efficacité de transfert élevée. La pompe 2 entraînée par le moteur O assure le débit de fluide nécessaire au refroidissement de ce moteur. Le thermostat haute température 3 assure une répartition judicieuse des débits au sein d' un circuit haute température formé par le moteur 0, et un circuit basse température formé par le radiateur 1 et 1' échangeur 6. Le thermostat basse température 4 assure une répartition judicieuse du débit au sein du radiateur 1 en by-passant éventuellement ce dernier. La pompe auxiliaire 5 est nécessaire pour faire circuler le fluide de refroidissement une fois le moteur arrêté. Deux variantes représentées aux figures 3 et 9 se distinguent par l' abscence de celle-ci. Les figures 1, 2 et 3 diffèrent des figures 7, 8 et 9 en ce que le thermostat haute température 3 est disposé à 1' entrée au lieu de la sortie du moteur. Les figures l et 7 présentent un montage en parallèle d' une pompe à eau du moteur et d' une pompe auxiliaire, alors que les figures 2 et 8 montrent un montage en série de ces pompes. Deux autres variantes illustrées aux figures 13 et 14 se distinguent en ce que le thermostat basse température 4 ne régule pas directement la température du circuit basse température mais agit précisément au niveau du circuit d' huile et en assure la régulation. Dans tous les cas d'installations, un circuit de refroidissement conforme à 1' invention possède en totalité ou en partie les accessoires tels que - un vase d' expansion ; - un orifice de remplissage et de contrôle du niveau de fluide refroidisseur - un système de pressurisation; - des éléments de chauffage du véhicule - des éléments de pilotage pour I' entraînement du ventilateur - des échangeurs pour refroidir l' air de suralimentation du moteur - des échangeurs pour refroidir le fluide d un ralentisseur hydraulique Les dispositifs de refroidissement des figures 1 à 12 fonctionnent de la manière suivante, en référence à ces figures et plus particulièrement aux figures 4, 5, 6 ; 10, 11 et 12, suivant trois phases distinctes - Phase de démarrage (figures 4 et 10) Lorsque le moteur est mis en marche, le fluide de refroidissement est froid et les deux thermostats 3 et 4 restent en position fermée. Le débit de ce fluide dans le circuit du moteur est assuré par la pompe 2 entraînée par ce moteur. Une fraction de ce débit s' élevant à 10 96 environ est dirigée vers 1' échangeur huile/fluide refroidisseur 6 par l'intermédiaire du thermostat B.T. 4 et de 1' orifice de by-pass interne au thermostat H.T.3. Une mise en température rapide du lubrifiant du moteur est ainsi assurée. Durant cette phase, 90 % environ du débit total est directement recyclé vers le moteur sans circulation de fluide dans le radiateur l, la pompe auxiliaire 5 garantissant alors le débit de fluide dans l'échangeur 6. - Phase de mise en température (figures 5 et 11) Lorsque la température du fluide de refroidissement atteint la température d' ouverture du thermostat B.T. 4 (environ 900 C), une fraction du débit total avoisinant 10 % passe au-travers du radiateur 1 puis de 1' échangeur thermique 6. Une fraction du débit régulée par le thermostat B.T. 4 court-circuite ce radiateur pour activer la mise en température. La répartition des débits passant, soit directement dans le moteur, soIt par le circuit radiateur 1 - échangeur 6, est assurée par le thermostat H.T. 3. Ce dernier s' ouvre progressivement à partir d' une température supérieure à 105 C résultant du mélange des circuits haute température (boucle moteur) et basse température (boucle radiateur). Phase de fonctionnement à puissance nominale (figures 6 et 12) Lorsque la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur atteint 1200 C environ, le thermostat B.T. 4 ferme le by-pass du radiateur 1. L'ouverture du thermostat H.T. 3 est maximale. La fraction du débit total qui traverse le radiateur 1 et l'échangeur thermique 6 est portée progressivement à 25 % environ du débit total. Du fait de 1' efficacité du radiateur 1, la température de sortie du fluide refroisisseur reste au voisinage de 90 C, ce qui permet de maintenir le lubrifiant à une température inférieure à 1100 C. Par le choix des seuils et de la loi d' ouverture des thermostats 3 et 4, la fraction du débit total dérivé vers le radiateur 1 est rendue variable en fonction de la puissance thermique à transférer et de la température ambiante. Le fonctionnement de la pompe auxiliaire 5 aux conditions extrêmes et à l'arrêt du moteur est justifié ci-après. Pour augmenter la capacité de transfert- du radiateur 1, il convient d' accélérer le passage du fluide de refroidissement. Pour cela, la vitesse d1 entraînement de cette pompe auxiliaire est pilotée de préférence par une information, telle que la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur. Afin d' éviter les inconvénients bien connus - dus à un arrêt brutal du moteur, - la pompe auxiliaire 5 reste entraînée tant que la température du fluide de refroidissement dépasse par exemple 1350 C. Les deux variantes schématisées aux figures 13 et 14 fonctionnent de la manière suivante, en particulier au regard des figures - 15, 16 et 17 - Phase de-dérnarrage (figure 15) Lorsque le moteur est mis en marche, le thermostat H.T. 3 est fermé ; de ce~ fait, le circuit haute température constitué par une boucle traversant le moteur, fonctionne indépendamment du circuit basse température formé par une boucle traversant le radiateur. Cette absence d'interférence permet une mise en température rapide du circuit moteur.La montée en température du lubrifiant n' est pas assurée par un passage dans l' échangeur 6 =car le thermostat B.T. 4 court-circuite l' huile vis-à-vis de celui-ci, évitant ainsi un refroidissement inutile du lubrifiant. Le circuit basse température n' est pas thermiquement régulé. - Phase de mise en température (figure 16) Lorsque le fluide de refroidissement en sortie du moteur atteint la température du seuil d' ouverture du thermostat H.T. 3 (environ 100" C), une fraction du débit total (environ 10 %) provient du circuit basse température et se mélange au circuit haute température. La température du circuit du lubrifiant atteint le suil d' ouverture (environ 900 C) du thermostat B.T. 4, ce qui permet de réguler la température de l' huile par un passage progressif au-travers de 1' échangeur 6. - Phase de fonctionnement à puissance nominale (figure 17) Lorsque la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur atteint 1200 C environ, le thermostat H.t 3 est ouvert au maximum. La fraction du débit qui traverse le radiateur 1 et 1' échangeur 6 représente environ 25 % du débit total traversant le moteur. Tous les dispositifs de refroidissement précédemment décrits apportent finalement les avantages décisifs suivants - le circuit de refroidissement du moteur peut être régulé à haute température ; - la température régulée de l' huile traversant le circuit de lubrification du moteur peut être maintenue à une valeur inférieure au seuil de régulation correspondant par exemple, à la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur la fraction de débit de fluide traversant- le radiateur est ajustable par variation de la vitesse d entraînement de la pompe auxiliaire, ce qui procure une puissance de refroidissement également réglable, proportionnelle aux besoins de refroidissement du moteur - la circulation du fluide de refroidissement peut être maintenue après l'arrêt du moteur ; -en cas d'arrêt brusque du moteur, ce fluide restant à une température élevée, il s' avère possible d' assurer un débit réduit dit de "balayage" pour éviter la dégradation de ce fluide ; I' ensemble constitué par le radiateur, les échangeurs et les tuyauteries de liaison et externe au moteur, fonctionne avec un débit de fluide (au maximum 25 % du débit total), ce qui autorise un dimensionnement particulièrement compact, léger et économique ; ; - le choix du fluide de refroidissement et du seuil de régulation de température en sortie du moteur peuvent contribuer notablement à l'isolation du moteur ; cette propriété s' applique particulièrement au cas d' un moteur dit "isolé" tel qu' un moteur céramisé ; et - le refroidissement de 1' air de suralimentation d' un moteur peut être envisagé par I' interposition d' un échangeur air de suralimentation/fluide de refroidissement entre le radiateur 1 et l'échangeur thermique 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement~ pour moteur à combustion interne (O), du type comprenant un circuit fermé dans lequel se déplace un fluide de refroidissement et sur lequel sont branchés d' une part, un échangeur de chaleur air/fluide de refroidissement, tel qu' un radiateur (1) et d' autre part, au moins une pompe (2) assurant la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit, caractérisé en ce qu'il comporte - un échangeur de chaleur fluide de lubrification/fluide de refroidissement (6) intercalé entre le radiateur (1) et le moteur (O), ainsi que deux thermostats basse et haute température (4, 3) susceptibles de répartir le débit du fluide de refroidissement en provenance du moteur (o), vers le radiateur (1), l'échangeur de chaleur (6) et ce moteur. 2. Dispositif de refroidissement suivant la revendicationl, caractérisé en cequ' il - comporte une pompe auxiliaire (S) disposée entre le radiateur (1) et l'échangeur de chaleur (6) et susceptible d' assurer le débit de fluide de refroidissement en provenance, soit du thermostat B.T. (4), soit du radiateur (1), vers cet échangeur (6). 3. Dispositif de refoidissment suivant la revendication 2, caractérisé en ce que cette pompe auxiliaire (5) est entraînée à une vitesse variable, pilotée notamment par la température du fluide de refroidissement en sortie du moteur. 4. Dlispositif de refroidissement suivant 1' une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'un échangeur air de suralimentation/fluide de refroidissement est interposé entre le radiateur (1) et l' échangeur (6).