Brevet FR2612989A1 — publié le 19880930

1i 2612989 Appareil pour délivrer extérieurement de la chaleur à l'eau de refroidissement d'un moteur à combustion interne La présente invention se rapporte à un appareil pour délivrer extérieurement de la chaleur à l'eau de re- froidissement d'un moteur à combustion interne, comprenant un radiateur qui présente une chambre de combustion pour un combustible gazeux ou liquide, ainsi qu'un dispositif d'échange thermique à l'aide duquel de la chaleur, engendrée par le radiateur, peut être transmise à l'eau de refroidis- sement. L'on connaît des dispositifs de chauffage ou ra- diateurs indépendants du moteur, à l'aide desquels l'eau de refroidissement de moteurs à combustion interne peut être chauffée. Ces radiateurs sont jusqu'à présent incorpo- rés, dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile, à un emplacement approprié du point de vue encombrement, à distance du moteur à combustion interne. Ils renferment un échangeur thermique gaz de combustion/eau, et sont adéqua- tement branchés dans le circuit d'eau de refroidissement du moteur à combustion interne. Ces radiateurs sont d'une réa- lisation assurément complexe et onéreuse. Le progrès technique se traduit par des moteurs à combustion interne dont le rendement s'améliore sans cesse, de sorte que la chaleur de déperdition du moteur à combus- tion interne, disponible pour le chauffage de véhicules automobiles, s'amoindrit de plus en plus. L'on constate en outre, notamment dans les véhicules automobiles qui sont principalement utilisés pour le trafic urbain ou pour de courts trajets, une tendance à prévoir des moteurs à combus- tion interne plus petits qui, en particulier par grand froid ou dans la circulation à arrêts fréquents, ne fournis- sent pas suffisamment de chaleur pour un chauffage confor- table de l'habitacle du véhicule. Ces considérations, ainsi que des exigences plus sévères des automobilistes réclamant en particulier un démarrage à froid sans défaillance, un dégivrage rapide des vitres et une température confortable de l'habitacle, se traduisent par un souhait de plus en plus répandu à disposer de radiateurs indépendants du mo- teur. L'invention a pour objet de fournir un appareil du type précité, qui soit moins compliqué et puisse, par conséquent, être produit à moindres coûts. Pour atteindre cet objet, l'appareil conforme à l'invention est caractérisé par le fait que le radiateur est raccordé extérieurement au bloc-moteur ou bloc-cylindre du moteur à combustion interne, de telle sorte que le transfert de chaleur à l'eau de refroidissement, à partir des gaz de combustion provenant de la chambre de combus- tion, ait lieu à travers la paroi externe dudit bloc-cylin- dre. Ainsi, au lieu de procéder à l'échange thermique gaz de combustion/eau de refroidissement à l'extérieur du moteur à combustion interne, dans un dispositif d'échange thermique associé au radiateur, l'invention inclut le bloc- moteur proprement dit dans le processus de transfert ther- mique,des gaz de combustion à l'eau de refroidissement. Cela prodigue une moins grande complexité de fabrication de l'appareil. En tant que combustible, l'on peut envisager en particulier du gazole et de l'essence, mais également divers types de gaz,comme le gaz liquéfié ou le propane gazeux employé pour faire fonctionner des moteurs à combus- tion interne de véhicules automobiles. L'on fera observer que l'appareil selon l'invention est utilisable non seule- ment pour des moteurs à combustion interne servant à en- trainer des véhicules automobiles, mais également pour des moteurs de bateaux, des moteurs entraînant des groupes électrogènes, des moteurs entrainant des pompes, etc. et, en règle générale, dans tous les domaines o des moteurs à combustion interne sont employés. L'appareil conforme à l'invention peut, d'une part, servir au pré-chauffage d'un moteur à combustion interne avant le démarrage, lorsqu'il règne de basses températures extérieures, ce qui a par ail- leurs pour effet que le système de chauffage normal, dont le véhicule est équipé individuellement, exerce son action chauffante d'une manière considérablement plus rapide après le démarrage. L'on peut, d'autre part, envisager une utili- sation venant renforcer le système de chauffage normal pro- pre au véhicule, notamment par grand froid ou dans la cir- culation à arrêts fréquents. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - - le radiateur présente avantageusement une face frontale qui est raccordée au bloc-cylindre, et est agran- die par rapport à la section de la chambre de combustion - l'appareil comporte de préférence, entre la chambre de combustion et le bloccylindre, une pièce de transition en forme de cuvette, qui assure une répartition plus large des gaz de combustion affluant en provenance de la chambre de combustion; - le radiateur est commodément raccordé à une ré- gion du bloc-cylindre qui est extérieurement pourvue d'ai- lettes, et il présente avantageusement, à sa face frontale, une plaque métallique de fermeture qui est, de préférence, intérieurement pourvue d'ailettes et qui est fixée à plat au bloc-cylindre; - la chambre de combustion et/ou la pièce de transition sont judicieusement isolées thermiquement à l'extérieur; et - l'appareil possède avantageusement une pompe de mise en circulation de l'eau de refroidissement, pouvant être entrainée électriquement, ainsi qu'une sonde thermomé- trique qui est implantée sur le bloc-cylindre et qui com- mande la mise hors fonction, de préférence le déclenchement et l'enclenchement du radiateur. Il convient, dès à présent, de formuler quelques observations complémentaires au sujet des caractéristiques de réalisation susmentionnées. Dans l'intérêt d'un chauffage efficace de l'eau de refroidissement, la surface du bloc-moteur prenant part au transfert de chaleur selon l'invention n'est, de préfé- rence, pas trop petite. A cette fin, dans de nombreux cas, il est favorable de créer une transition entre la section d'écoulement des gaz dans la chambre de combustion, relati- vement petite, et une surface relativement plus grande de la paroi externe du bloc-moteur qui est soumise à l'action de la chaleur. Il est évident que la conception est ration- nellement choisie de façon que le bloc-moteur soit soumis de l'extérieur, dans la région superficielle correspondan- te, à l'action d'une température qui assure d'une part un chauffage efficace de l'eau de refroidissement, mais évite d'autre part des surchauffes localisées. Le rapport de combustion combustible/air dans la chambre de combustion, la distance comprise entre la zone de combustion de ladite chambre et la paroi externe du bloc-moteur, la propagation du flux des gaz de combustion dans l'espace, et paramètres similaires, doivent être sélectionnés d'une manière appro- priée à cet effet. La solution la plus simple, du point de vue complexité de réalisation, consiste en ce que le radiateur à face frontale ouverte est directement raccordé au bloc- moteur ou respectivement fixé à ce dernier, de sorte que les gaz de combustion chauds circulent directement le long de la face externe du bloc-moteur, dans une région super- ficielle déterminée. Toutefois, il est également possible de réaliser le radiateur muni, à sa face frontale, d'une plaque métallique de fermeture qui est à son tour fixée au bloc-moteur, si bien que les gaz de combustion ne vien- nent pas directement rencontrer ce bloc-moteur; en revan- che, le transfert de chaleur s'opère par l'intermédiaire de la plaque de fermeture et, de là, à travers la paroi externe du bloc-moteur. Lorsque l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne est chauffée dans une région superfi- cielle déterminée, à travers la paroi externe du bloc-mo- teur, un effet de thermosiphon provoque une circulation de cette eau de refroidissement, même sans aucune mise en route de la pompe classique à eau de refroidissement qui équipe en soi le moteur. Pour assister ce mouvement circu- latoire de l'eau de refroidissement, l'on peut prévoir une pompe supplémentaire mettant cette eau en circulation, qui peut être entraînée électriquement et est enclenchée lorsque la pompe à eau de refroidissement du moteur ne tourne pas. Un emplacement particulièrement adéquat, pour le raccordement ou l'installation du radiateur, est la face externe du bloc-cylindre. La circulation de l'eau de re- froidissement fait pénétrer, dans pratiquement tout le mo- teur, la chaleur délivrée de l'extérieur. Cette chaleur parvient au carter à huile du moteur, en tout premier lieu, par conduction thermique métallique. L'invention va à présent être décrite plus en dé- tail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin schématique annexé dont la figure unique est une coupe verticale fragmentaire d'un moteur à combustion in- terne, muni d'un radiateur fixé extérieurement au bloc-cy- lindre. Le dispositif de chauffage ou radiateur 9 illus- tré présente une chambre de combustion 1 globalement cylin- drique,qu'un disque annulaire 10, percé d'un orifice cen- tral d'écoulement, subdivise en des première et seconde zones. Une bougie d'allumage 3 est disposée dans la premiè- re zone, dans laquelle débouche une tubulure 4 à combusti- ble liquide. La répartition fine de ce combustible, dans la première zone, peut être assurée par l'intermédiaire de moyens appropriés connus, par exemple d'un oscillateur à ultrasons. Un conduit 2, destiné à de l'air comburant de- vant être insufflé, débouche tangentiellement dans la se- conde zone. Une pompe à combustible et une soufflerie à air comburant peuvent être soit prévuesdirectement sur le ra- diateur 9, soit être intégrées à distance de celui-ci et être reliées, par l'intermédiaire de raccords flexibles, à la tubulure 4 et au conduit 2. Une pièce de transition 11 en tôle, configurée en cuvette de section ronde, se raccorde à 1 'extrémité de la chambre de combustion 1 qui est située à droite sur le dessin. Un orifice central d'afflux 13, pratiqué dans cette pièce 11, possède un diamètre plus petit que celui de la chambre 1. La pièce 11 est boulonnée extérieurement du côté droit, par son rebord du type collerette présentant un dia- mètre plus fort, à la paroi externe d'un bloc-moteur ou bloc-cylindre 12. Les gaz de combustion chauds, pénétrant dans cette pièce 11 à travers l'orifice d'afflux 13, ba- laient une région superficielle du bloccylindre 12 qui est notablement plus grande que la section de la chambre de combustion 1. Une fois refroidis, ces gaz de combustion sortent de la pièce 11 en empruntant un ou plusieurs rac- cords 6 à gaz d'échappement,qui sont orientés pour l'essen- tiel radialement et partent du bloc-cylindre 12. La région superficielle de la paroi externe du bloc-cylindre 12, balayée par les gaz de combustion, est extérieurement pourvue d'ailettes 5. Ces ailettes 5 peuvent être du type prévu de toute façon, sur le bloccylindre 12, à des fins de rigidification. Il est possible de prévoir en variante, à la face frontale de la pièce de transition de plus fort dimension- nement, une plaque métallique de fermeture elle-même fixée, à plat, à une région superficielle notamment plane de la paroi externe du bloc-cylindre 12. Cette plaque de fermetu- re peut être pourvue d'ailettes sur sa face tournée vers la chambre de combustion 1. La référence numérique 7 désigne de 1 'eau de re- froidissement renfermée par un compartiment qui est ménagé dans le bloccylindre 12 présentant, au moins dans cette zone, une double paroi. Une sonde thermométrique 8 est fixée au bloc-cy- lindre 12. Lorsque cette sonde 8 constate le dépassement d'une température limite déterminée, le radiateur 9 est mis à l'arrêt. La commande de l'appareil peut également être réalisée de manière telle que, lors du dépassement négatif d'une température limite déterminée, constat. é par la sonde 8, le radiateur 9 soit réenclenché. Pour maintenir à une faible valeur des déperdi- tions de chaleur vers l'environnement, la chambre de combus- tion 1 et la pièce de transition 11 peuvent être isolées thermiquement sur leur face externe, d'une manière non re- présentée, par exemple par dépôt d'une matière plastique poreuse ayant une stabilité thermique suffisante. La face frontale de droite de la pièce de transi- tion 11, dont le dimensionnement est le plus grand, peut par exemple posséder une hauteur représentant d'environ 30 % à 90 % de la hauteur du bloc-cylindre 12 et - mesurée dans le sens longitudinal du moteur - une longueur qui représen- te, sensiblement au voisinage du diamètre d'un cylindre, jusqu'à plusieurs diamètres de cylindres. Il n'est pas im- pératif que cette face frontale soit pour l'essentiel cir- culaire, mais elle peut également, par exemple, être en forme de rectangle à coins arrondis. Le rebord de la face frontale de la pièce de transition 11 est adapté en concor- dance avec la configuration du bloc-cylindre 12. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I 0 N S- 1. Appareil pour délivrer extérieurement de la chaleur à l'eau de refroidissement (7) d'un moteur à combus- tion interne, comprenant un radiateur (9) qui présente une chambre de combustion (1) pour un combustible gazeux ou li- quide, ainsi qu'un dispositif d'échange thermique à l'aide duquel de la chaleur, engendrée par le radiateur (9), peut être transmise à l'eau de refroidissement (7), appareil caractérisé par le fait que le radiateur (9) est raccordé extérieurement au bloc-moteur ou bloc-cylindre (12) du mo- teur à combustion interne, de telle sorte que le transfert de chaleur à l'eau de refroidissement (7), à partir des gaz de combustion chauds provenant de la chambre de combus- tion (1), ait lieu à travers la paroi externe dudit bloc- cylindre (12). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le radiateur (9) présente une face frontale qui est raccordée au bloccylindre (12), et est agrandie par rapport à la section de la chambre de combustion. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte, entre la chambre de combustion (1) et le bloc-cylindre (12), une pièce de transition (11) en forme de cuvette, qui assure une répartition plus large des gaz de combustion affluant en provenance de la chambre de combustion (1). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le radiateur (9) est raccordé à une région du bloc-cylindre (12) qui est extérieurement pourvue d'ailettes. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le radiateur (9) présente, à sa face frontale, une plaque métallique de fer- meture qui est, de préférence, intérieurement pourvue d'ailettes et qui est fixée à plat au bloc-cylindre (12). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que la chambre de combustion (1) et éventuellement, ou en variante, la pièce de transition (11) sont isolées thermiquement à l'extérieur. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions I à 6, caractérisé par une pompe de mise en circula- tion de l'eau de refroidissement, pouvant être entrainée électriquement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par une sonde thermométrique (8) qui est implantée sur le bloc-cylindre (12) et qui commande la mise hors fonction, de préférence le déclenchement et 10. l'enclenchement du radiateur (9).