Brevet FR2600117A1 — publié le 19871218

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement du moteur à combustion interne d'un'véhicule, en particulier d'une automobile, comprenant un circuit principal reliant le moteur à combustion interne à un radiateur, pourvu d'une pompe à liquide de refroidissement et commandé par une vanne thermostatique, ainsi qu'un circuit de dérivation pourvu d'un réservoir d'expansion de liquide de refroidissement, relié, par l'intermédiaire d'une conduite de dégazage, au radiateur, et, par l'intermédiaire d'une conduite de retour, à l'entrée de liquide de refroidissement du moteur. Des dispositifs de refroidissement selon ce principe de construction sont déjà connus. Dans le cas de ces dispositifs, la totalité du volume de liquide de refroidissement du réservoir d'expansion est raccordé au circuit de dérivation du liquide de refroidissement, ce dernier restant relié au système même en cas de mise en court-circuit du liquide de refroidissement provoquée, par exemple, par une vanne thermostatique. Le fonctionnement en court-circuit se fait en particulier pendant le démarrage à froid et pendant la phase de chauffe du moteur, le liquide de refroidissement étant alors refoulé directement vers le moteur, en contournant le radiateur, de façon à atteindre le plus rapidement possible une température de fonctionnement permettant d'obtenir une marche régulière du moteur et un faible niveau de pollution. Afin de réduire au minimum le temps de chauffe du moteur, l'on cherche à réduire au minimum le volume de liquide de refroidissement en circulation pendant cette phase de fonctionnement. A ce volume s'ajoute le volume de réserve de liquide circulant dans le circuit de dérivation et provenant du réservoir d'expansion, ce dernier restant obligatoirement raccordé au système pendant le fonctionnement en court-circuit, afin d'assurer le dégazage et de permettre la dilatation du liquide. Etant donné que le volume total du réservoir d'expansion ne doit pas être inférieur à une valeur finie , dépendant de la taille du système global de refroidissement, ce volume, relativement grand, reste en circulation, dans les systèmes de refroidissement classiques, même pendant la phase de fonctionnement en courtcircuit, ce qui limite la réduction du temps de chauffe du moteur. te but de l'invention est de créer un dispositif de refroidissement pour un véhicule, en particulier pour une automobile, comprenant un circuit principal reliant le moteur à combustion interne à un radiateur, pourvu d'une pompe à liquide de refroidissement et commandé par une vanne thermostatique, ainsi qu'un circuit de dérivation pourvu d'un réservoir d'expansion de liquide de refroidissement, relié, par l'intermédiaire d'une conduite de dégazage, au radiateur, et, par l'intermédiaire d'une conduite de retour, à l'entrée de liquide de refroidissement du moteur, permettant de réduire sans risque le volume de liquide de refroidissement en circulation pendant la phase de fonctionnement en court-circuit, afin de réduire le temps de chauffe du moteur. Ce but est atteint grâce au fait que le réservoir d'expansion de liquide de refroidissement est divisé en au moins deux compartiments accumulateurs de liquide de refroidissement, le plus petit compartiment étant raccordé au circuit de dérivation dans lequel circule le liquide de refroidissement lorsque le circuit principal est coupé par la vanne thermostatique. Selon l'invention, la diminution recherchée du temps de chauffe du moteur est réalisée grâce à une réduction sensible du volume de liquide de refroi- dissement emplissant le circuit de dérivation, résultant de la réalisation d'une chambre de réserve séparée, suffisamment petite, à l'intérieur du réservoir d'expansion, et du raccordement de cette chambre réduite de réserve au circuit de dérivation.Pendant le fonctionnement en court circuit, on ne chauffe donc plus la totalité du volume de liquide du réservoir d'expansion jusqu'à la température de fonctionnement, mais seulement une petite partie de celui-ci, ce qui, par conséquent, se fait plus rapidement. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, des dispositifs sont prévus pour acheminer le liquide de refroidissement, entrant dans le réservoir d'expansion, vers le plus petit compartiment, et seul le plus petit compartiment possède un raccord pour la conduite de retour reliée directement à l'aspiration de la pompe à liquide de refroidissement. Le réservoir d'expansion comporte une paroi de séparation s'étendant au-dessous du niveau de liquide de refroidissement et séparant les deux compartiments et ces derniers possèdent une chambre commune remplie d'air. Les deux compartiments du réservoir d'expansion communiquent l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'orifices de communication disposés au fond de la paroi de séparation.Le réservoir d'expansion comporte un raccord pour la conduite de dégazage, acheminant le liquide de refroidissement directement vers le plus petit compartiment. Il est prévu une cuvette en forme d'entonnoir qui est destinée à récupérer et à acheminer le liquide de refroidissement arrivant dans le réservoir d'expansion, par le raccord de la conduite de dégazage, vers le petit compartiment. Le plus grand des deux compartiments est pourvu d'un raccord pour une deuxième conduite de retour qui est raccordée à la conduite principale de retour située entre le radiateur et la vanne thermostatique. Un clapet anti-retour, s'ouvrant vers la conduite principale de retour1 est incorporé dans la deuxième conduite de retour.Le réservoir d'expansion est pourvu d'un raccord de la conduite de dégazage, acheminant le liquide de refroidissement vers le plus grand compartiment et la paroi de séparation est pourvue d'un rebord de trop-plein destiné à acheminer le liquide de refroidissement vers le plus petit compartiment. Le plus grand des compartiments est délimité par une paroi horizon tale, disposée dans sa partie supérieure et pourvue d'orifices de communication. Sur les dessins annexés décrits plus en détail par la suite et qui représentent deux exemples de réalisation du disposée tif de refroidissement, les figures 1 et 3 montrent respectivement un schéma de branchement du dispositif de refroidissement et les figures 2 et 4 sont des coupes longitudinales du réservoir d'expansion. Sur les figures, les composants identiques ou comparables sont désignés par les mêmes références numériques ou par des références munies d'un signe prime. On décrira d'abord un dispositif de refroidissement représenté sur les figures 1 et 2. Sur le schéma de branchément représenté sur la figure 1, la référence 1 désigne le carter du moteur à combustion interne,et1ala culasse du moteur refroidi par un liquide, en particulier par eau. Le système comprend un circuit principal constitué d'une conduite 3 de sortie sortant d'une partie supérieure de la culasse la pour rejoindre un radiateur 2 refroidi de préférence par air, et d'une conduite principale 4 de retour, sortant du radiateur 2 et rejoignant, par l'intermédiaire d'une pompe 5 et d'une vanne thermostatique 6,l'entrée de liquide de refroidissement du moteur 1. Une conduite 7 de court-circuit est représentée à côté, cette conduite allant directement de la sortie du moteur 1, voire de la culasse la, à la vanne thermostatique 6, celle-ci commandant l'ouverture de la conduite 7, en coupant en même temps le circuit principal, en fonction de la température du liquide de refroidissement, et en particulier pendant le démarrage-à froid et pendant la phase de chauffe du moteur, de telle sorte que seule une quantité limitée de liquide de refroidissement soit alors en circulation, et contourne le radiateur 2. De cette manière, on peut atteindre assez rapidement après le démarrage à froid une température convenable permettant un fonctionnement efficace du moteur. La référence 8 indique une conduite de chauffage raccordée'également à une sortie de liquide de refroidissement du moteur 1 à combustion interne, voire de la culasse la, qui conduit une partie du liquide de refroidissement chauffé par le moteur à un échangeur 9 de température, dans lequel la chaleur est transmise à un fluide porteur alimentant l'habitacle, par exemple, à de l'air circulant en circuit fermé. La conduite 8 de chauffage débouche ensuite du côté aspiration de la pompe 5, où débouche également une conduite 12 de retour du circuit de dérivation.Ce circuit de dérivation comporte un réservoir 10 d'expansion dans lequel débouche une conduite 11 de dégazage sortant du radiateur au point le plus élevé géodésiquement, et conduisant en permanence, c'est-à-dire pendant le fonctionnement en circuit principal 3, 4, comme pendant le fonctionnement en court-circuit 7, une partie du liquide de refroidissement chauffé par le moteur vers le réservoir 10 d'expansion. La fonction du réservoir d'expansion est d'éliminer du circuit de refroidissement les bulles d'air et de gaz, de permettre le changement de volume du liquide, sous l'effet de la température, et de fournir une réserve de liquide de refroidissement en cas de pertes dans le système. En conséquence, le réservoir d'expansion est situé, de préférence, à un endroit géodésiquement au-dessus du radiateur 2 et du moteur 1. De plus, il contient un volume de liquide de refroidissement dont le niveau 20 de liquide doit être maintenu à une hauteur moyenne entre une valeur maximale et une valeur minimale. Au-dessus du niveau 20 de liquide, il y a, dans le réservoir 10 d'expansion, une chambre 21 remplie d'air, qui est reliée à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un système de valves non représenté sur la figure 1. Selon l'invention, le réservoir 10 d'expansion est divisé par au moins une cloison 15 en au moins deux compartiments accumulateurs 16 et 17 contenant le liquide de refroidissement. Le plus petit des deux compartiments, 16, est seul pourvu d'un raccord 14 pour la conduite 12 de retour du circuit de dérivation, et des dispositions sont prises pour que le liquide de refroidissement réchauffé, passant par le raccord 13 et la conduite 11 de dégazage, n'arrive que dans le petit compartiment 16 du réservoir. De cette façon, il est certain que seul le liquide de refroidissement recueilli dans le petit compartiment 16 passe dans le circuit de dérivation.Ceci implique que, pendant le fonctionnement en court-circuit du système de refroidissement selon l'invention, il en résulte une réduction du volume de liquide en circulation et, de ce fait, une réduction du temps de chauffe jusqu'à obtention de la température de fonctionnement. Cependant, le liquide contenu dans le grand compartiment 17 du réservoir d'expansion reste disponible en tant que volume de réserve, étant donné que ce compartiment communique avec le petit compartiment 16 par l'intermédiaire d'orifices 24 et 25 de communication disposés au fond de la cloison 15. Les deux compartiments 16 et 17 possèdent une chambre 21 commune remplie d'air disposée dans la partie supérieure du boîtier 19 du réservoir 10 d'expansion. La figure 2 illustre un exemple de réalisation de construction du réservoir 10 d'expansion représenté sur la figure 1. Le boîtier extérieur 19 du réservoir 10 d'expansion y est composé de deux calottes hémisphériques 19a et 19b, qui peuvent être reliées au moyen de brides circulaires 27 et 28. Alors que la calotte supérieure 19b comporte le raccord 13 pour la conduite 11 de dégazage provenant du radiateur 2, ainsi qu'un goulot central 22 à vis destiné à recevoir, par exemple, un bouchon 29 muni d'une valve 30 de sécurité, tel que le représente la figure 4, le point le plus bas de la calotte inférieure 19a est pourvu d'un raccord 14 pour la conduite 12 de rétour du circuit de dérivation, menant à l'entrée de liquide de refroidissement du moteur et à l'aspiration de la pompe 5.Une pièce rapportée cylindrique ou tubulaire 15, formant la cloison, est maintenue entre les deux calottes 19a et 19b, et divise l'espace intérieur du réservoir 10 d'expansion en deux compartiments accumulateurs 16 et 17, le plus petit des deux compartiments, 16, de forme cylindrique sur la figure, cormuniquant avec le compartiment le plus grand, 17, qui l'entoure en forme d'anneau, par l'intermédiaire d'orifices 24 et 25 de communication prévus au fond de la pièce rapportée 15. Les orifices 24 de communication y sont disposés dans une paroi transversale 23, placée au fond de la pièce rapportée 15 et perpendiculairement à son axe longitudinal, et les orifices 25 de communication sont disposés au niveau du pied de la pièce tubulaire rapportée 15, plaquée au fond 26 de la calotte inférieure 19a. 18 désigne une coupelle de récupération, en forme d'entonnoir, placée à la partie supérieure de la pièce 15 et recueillant le liquide de refroidissement sortant du raccord 13 et l'acheminant vers le petit compartiment accumulateur 16, d'où le liquide est renvoyé, à travers le raccord 14 débouchant dans ce compartiment, vers la conduite 12 de retour du circuit de dérivation. Au-dessus du niveau de liquide de refroidissement, indiqué par 20, qui se trouve dans les deux compartiments 16 et 17, du fait de la communication entre eux, se situe la chambre commune 21 remplie d'air, qui peut être décomprimée vers l'atmosphère par l'intermédiaire d'une valve de sécurité 30 vissée, avec un bouchon 29, dans le goulot central 22 (figure 4). Ainsi, dans le cas de la réalisation illustrée sur la figure 2, le liquide de refroidissement circulant dans le circuit de dérivation, arrivant par la conduite 11 de dégazage dans le réservoir 10 d'expansion, est- acheminé directement vers le compartiment 16 de faible volume, d'où il est renvoyé directement, à travers la conduite 12 de retour du circuit de dérivation, vers l'entrée de liquide de refroidissement du moteur ou vers l'aspiration de la pompe. Seulement le volume de liquide contenu dans le petit compartiment 16, qui peut ne représenter que 5 à 20 % du volume total du liquide contenu dans le réservoir d'expansion, par exemple, est directement inclus dans le circuit de dérivation du liquide de refroidissement.Cependant, le liquide de refroidissement contenu dans le plus grand compartiment 17 reste entièrement disponible pour permettre de compenser les variations de volume dues aux changements de température, et pour servir de volume de réserve, étant donné que les deux compartiments sont reliés entre eux pour permettre l'qui librage des volumes. La réalisation selon les figures 3 et 4 se distingue de celle selon les figures 1 et 2 en particulier par le fait que même le plus grand compartiment 17' y est raccordé à une deuxième conduite 36 retour, par l'intermédiaire d'un raccord 35, cette deuxième conduite ne conduisant pas, cependant, directement à ltentrée de liquide de refroidissement du moteur 1 ou à l'aspiration de la pompe 5, mais à la conduite principale 4 de retour, en amont de la vanne thermostatique 6. Par conséquent, cette conduite 36 de retour ne fait entrer du liquide de refroidissement dans le circuit principal que lorsque ce circuit principal est en service, après la fin de la phase de chauffe du moteur.Pendant le temps de chauffe, par contre, le liquide ne circule qu'en court-circuit 7 et dans le circuit de dérivation 11, 12', ainsi que, le cas échéant, dans le circuit de chauffage. Ainsi, et par le fait que, pendant la phase de chauffe du moteur à combustion interne, seule la plus petite partie du volume de liquide de refroidissement du réservoir 10' d'expansion circule dans le circuit de dérivation, le temps de chauffe du moteur se trouve réduit. Afin d'éviter, pendant cette phase de chauffe du moteur, le retour du liquide de refroidissement, du radiateur 2 vers le réservoir 10' d'expansion, en passant par la conduite principale 4 de retour et la deuxième conduite 36 de retour du circuit de dérivation, cette dernière est munie d'un clapet antiretour 37, s'ouvrant vers la conduite principale 4 de retour, et entrant en action pendant la phase de chauffe du motéur. Comme l'illustre le mieux la figure 4, le boîtier du réservoir 10' d'expansion est composé, là encore, de deux calottes de sphère 19a' et 19b', qui peuvent être attachées l'une à l'autre au moyen de deux brides circulaires 27 et 28. La division de l'espace intérieur du réservoir 10' d'expansion en deux compartiments 16' et 17', de tailles différentes, y est réalisée au moyen d'une paroi cylindrique 31, reliée à la calotte inférieure 19a' et s'étendant au-delà du niveau de liquide de refroidissement, indiqué par 20 sur la figure. Ici le compartiment 16' de faible volume est constitué du compartiment circulaire extérieur, dont le fond 33 s'incline légèrement, sur toute la circonférence, vers un endroit auquel se situe le raccord 14' de la conduite 12' de retour du circuit de dérivation. Un raccord 35 de la deuxième conduite 36 de retour du circuit de dérivation est prévu au point le plus bas du compartiment 17' de grand volume. Une paroi transversale 34, qui est pourvue d'ouverture 38, est disposée horizontalement dans la partie supérieure de la paroi cylindrique 31. La fonction de la paroi transversale 34 est d'éviter que le liquide de refroidissement introduit dans le réservoir 10' d'expansion pendant la phase de chauffe du moteur, passant par le raccord 13' et arrivant d'abord dans le plus grand compartiment 17', soit mélangé avec le liquide de réserve se trouvant juste en dessous de cette paroi transversale 34. Après avoir atteint le bord supérieur 32 de la paroi 31, servant de limite de trop-plein (niveau 20a de liquide), le liquide de refroidissement acheminé par la conduite 11 de dégazage parvient dans le petit compartiment 16', d'où il est acheminé directement vers l'entrée de liquide de refroidissement du moteur 1, en passant par le raccord 14' et la conduite 12' de retour du circuit de dérivation. On obtient ainsi, dans le compartiment central 17' du réservoir 10' d'expansion illustré sur la figure 4, un niveau de liquide de refroidissement qui est indiqué en 20a, au moins pendant la phase de chauffe du moteur, c'est-à-dire lorsque le système fonctionne en court-circuit, en contournant le circuit principal comportant le radiateur 2. Après la phase de chauffe du moteur, lorsque la vanne thermostatique 6 coupe le court-circuit et ouvre le circuit principal de refroidissement, on obtient également un retour de liquide de refroidissement depuis le grand compartiment 17', en passant par le raccord 35 et la deuxième conduite 36 de retour du circuit de dérivation, reliée à ce raccord. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement pour un véhicule, en particulier pour une automobile, comprenant un circuit principal reliant le moteur à combustion interne à un radiateur, pourvu d'une pompe à liquide de refroidissement et commandé par une vanne thermostatique, ainsi qu'un circuit de dérivation pourvu d'un réservoir d'expansion de liquide de refroidissement, relié, par l'intermédiaire d'une conduite de dégazage, au radiateur, et, par l'intermédiaire d'une conduite de retour, à l'entrée de liquide de refroidissement du moteur, caractérisé par le fait que le réservoir (10) d'expansion de liquide de refroidissement est divisé en au moins deux compartiments (16, 17) accumulateurs de liquide de refroidissement, le plus petit compartiment (16) étant raccordé au circuit de dérivation dans lequel circule le liquide de refroidissement lorsque le circuit principal (3, 4) est coupé par la vanne thermostatique (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des dispositifs sont prévus pour acheminer le liquide de refroidissement, entrant dans le réservoir (10) d'expansion, vers le plus petit compartiment (16), et que seul le plus petit compartiment (16) possède un raccord (14) pour la conduite (12) de retour reliée directement à l'aspiration de la pompe (5) à liquide de refroidissement. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réservoir (10) d'expansion comporte une paroi (15, 31) de séparation s'étendant audessus du niveau (20) de liquide de refroidissement et séparant les deux compartiments (16, 17), et que ces derniers possèdent une chambre commune (21) remplie d'air. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les deux compartiments (16, 17) du réservoir (10) d'expansion communiquent l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'orifices (24, 25) de communication disposés au fond de la paroi (15) de séparation. 5. Dispositif selon une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le réservoir (10) d'expansion comporte un raccord (13) pour la conduite (11) de dégazage, acheminant le liquide de refroidissement directement vers le plus petit compartiment (16). 6. Dispositif selon une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu une cuvette (18) en forme d'entonnoir, qui est destinée à récupérer et à acheminer le liquide de refroidissement arrivant dans le réservoir (10) d'expansion, par le raccord (13) de la conduite (11) de dégazage, vers le petit compartiment (16). 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le plus grand des deux compartiments (17') est pourvu d'un raccord (35) pour une deuxième conduite (36) de retour qui est raccordée à la conduite principale (4) de retour située entre le radiateur (2) et la vanne thermostatique (6). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'un clapet antiretour (37), s'ouvrant vers la conduite principale (4) de retour, est incorporé dans la deuxième conduite (36) de retour. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que le réservoir (10') d'expansion est pourvu d'un raccord (13') de la conduite (11) de dégazage, acheminant le liquide de refroidissement vers le plus grand compartiment (17'), et que la paroi (31) de séparation est pourvue d'un rebord (32) de trop-plein destiné à acheminer le liquide de refroidissement vers le plus petit compartiment (16'). 10. Dispositif selon une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le plus grand des compartiments (17') est délimité par une paroi horizontale (34), disposée dans sa partie supérieure et pourvue d'orifices (38) de communication.