Brevet FR2676401A1 — publié le 19921120

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de réaliser de façon particulièrement économique le refroidissement du moteur et la climatisation d'un véhicule. D'une façon générale, le refroidissement du moteur thermique drun véhicule est assuré par un échangeur dont les caractéristiques sont déterminées en fonction de la puissance calorifique à dissiper. La circulation du liquide à refroidir dans cet échangeur est réglée par un dispositif thermostatique de manière que le liquide ramené aux chemises du moteur se trouve toujours à une température suffisamment élevée pour assurer les meilleures performances possibles à ce moteur. Par ailleurs, pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, il est prévu un second échangeur, dit aérotherme, qui est constamment parcouru par le liquide à refroidir provenant des chemises du moteur. En d'autres termes, l'aérotherme est alimenté de façon continue pour que sa température soit maintenue constante au voisinage de 85" et l'échangeur de refroidissement en est indépendant, la vitesse de circulation du liquide étant elle-même réglée pour satisfaire aux conditions d'utilisation. L'invention vise à simplifier grandement les dispositifs existants en permettant d'assurer la fonction de refroidissement du moteur et la fonction de climatisation par un seul et même échangeur dont la capacité d'échange the > -mique cox espond à celle de l'échangeur normalement utilisé pour le moteur. c'est-à-dire que la mise en oeuvre de l'invention permet d'économiser l'aérotherme de chauffage. les moyens pour sa régulation et pour son 3 limentation tout en permettant une climatisation dite instantanée par un volet de contrôle de l'air admis dans l'habitable du véhicule exactement de la même manière que cela est obtenu lorsqu'un aérotherme est prévu. Conformément à l'invention, le procédé pour le refroidissement du moteur et la climatisation de véhicules dans lequel on détermine les caractéristiques d'un échangeur de chaleur de refroidissement pour un moteur et des conditions d'utilisation déterminées de celui-ci est caractérisé en ce qu'on fait tout d'abord circuler le liquide à refroidir dans une première partie seulement de l'échangeur pour provoquer le chauffage rapide d'une veine d'air traversant cette partie de ltéchangeur, en ce qu t on établit une circulation progressive du liquide à refroidir dans une seconde partie de ltéchangeur lorsqu'un seuil de température est dépassé dans la première partie de ltéchangeur et en ce qu'on dirige tout ou partie de la veine d'air chauffé dans ladite première partie de l'échangeur dans un conduit menant à des buses de chauffage/désembuage ou dans une tubulure d'évacuation. Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, l'invention crée un dispositif pour le refroidissement du moteur et la climatisation d'un véhicule, dispositif qui comporte un échangeur composite du type à tubes et dissipateurs, les tubes étant tous alimentés en liquide à refroidir par une boîte à eau d'entrée et étant séparés en deux faisceaux par une cloison transversale d'une bote à eau de sortie, au moins un clapet thermostatique étant monté en amont d'un tube de sortie. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées. à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. La fig. 1 montre en élévation, de façon schématique, le dispositif de climatisation de l'invention. La fig. 2 est une élévation schématique vue sensiblement suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe schématique, à plus grande échelle, d'une partie d'un échangeur de chaleur apparaissant aux figures précédentes. La fig. 4 est une coupe partielle schématique d'une variante de réalisation de l'échangeur de chaleur que comporte le dispositif des figures précédentes. La fig. 5 est une coupe, à plus grande échelle, vue suivant la ligne V-V de la fig. 1 et illustrant une caractéristique particulière d'une partie du dispositif. Au dessin, la référence 1 désigne un véhicule routier qui comporte un groupe moto-propulseur 2 représenté monté à l'arrière du véhicule mais qui pourrait indifféremment être disposé d'autres façons, par exemple à l'avant, en position centrale, voire sous le plancher. Au moins les chemises de refroidissement du moteur du groupe moto-propulseur 2 sont reliées par un tube d'entrée 3 à la boîte à eau d'entrée 4 d'un échangeur de chaleur 5 dénommé dans ce qui suit échangeur composite. La boîte à eau de sortie 6 de l'échangeur composite est, par ailleurs reliée salement au moins aux chemises de refroidissement du moteur du groupe moto-propulseur 2 par un tube de sortie 7. L'échangeur composite 5 comporte de façon connue des tubes de circulation 8 et des dissipateurs secondaires 9 constitués par exemple par des intercalaires ondulés. Les extrémités des tubes 8 sont engagées dans des plaques collectrices 10, 11 respec tivement recouvertes par les boîtes à eau 4 et 6. La boîte à eau de sortie 6 comporte intérieurement une cloison transversale 12 délimitant deux compartiments 13 et 14. La présence de la cloison 12 fait que les tubes 8 et dissipateurs 9 forment deux faisceaux distincts 13a, 14acorrespondant respectivement aux compartiments 13 et 14. La dimension des faisceaux 13â, 14est calculée de façon que ces faisceaux permettent de dissiper ensemble toutes les calories produites par le moteur, c'est-à-dire encore que les deux faisceaux 13g et 14 correspondent à un faisceau de radiateur normal de refroidissement. Le faisceau 13g plus petit que le faisceau 14ê est calculé pour que ses caractéristiques de dissipation thermique correspondent à celles d'un aérotherme de chauffage pour le véhicule 1 considéré. Comme l'illustre la fig. 3, le compartiment 13 de la boîte à eau de sortie 6 est relié par une tubulure 15 figurée à l'extérieur de la boîte à eau 6 mais qui pourrait être formée à l'intérieur de celle-ci. La tubulure 15 débouche dans le tube de sortie 7 qui est également relié à la sortie du compartiment 14. Un clapet thermostatique 16 est disposé dans le conduit de sortie 7 pour contrôler la communication entre le compartiment 14 et le tube de sortie 7 en dépendance de la température du fluide ayant traversé le faisceau 13a- Ce qui précède montre qu'en début de fonctionnement, le clapet thermostatique 16 est fermé de sorte que le fluide chaud provenant du moteur et amené à la boîte à eau d'entrée 4 ne peut circuler que dans le faisceau 13a. ce qui fait que la température du liquide s'élève rapidement compte tenu de la capacite de dissipation faible de ce faisceau. Lorsque la température dans le compartiment 13 s'élève, le clapet thermostatique 16 est progressivement ouvert et une circulation s'établit corrélativement dans le faisceau 14 de refroidissement. La circulation n'étant pas freinée dans le faisceau 13g demeure prépondérante de sorte que la dissipation thermique est toujours maximale dans ce faisceau. La fig. 4 illustre une variante selon laquelle le tube de sortie 7 figuré par une durite 17 est engagé sur un manchon 18 fixé, par exemple vissé, sur un embout 19 communiquant avec le compartiment 13. Le manchon 18 supporte intérieurement, par des ailettes 20 ou d'autres moyens analogues, un clapet thermostatique 16g qui contrôle l'ouverture respectivement la fermeture d'une lumière 21 prévue dans la cloison transversale 12. Dans cette réalisation, la lumière 21 est normalement fermée lorsque le fluide de refroidissement du moteur est froid. En début de fonctionnement, la circulation s'établit seulement par le faisceau 13 puisque le compartiment 14 est isolé du compartiment 13. Le fluide circulant par le faisceau 13a est évacué par le tube de sortie 7. Lorsque la température croît au-delà d'un seuil déterminé à l'avance, le clapet thermostatique 16a ouvre progressivement la lumière 21 de sorte que du fluide à refroidir peut circuler par le faisceau 14ê, la circulation demeurant toutefois toujours préférentielle dans le faisceau 13a La réalisation selon la fig. & permet de supprimer la tubulure 15 et de ne mettre en oeuvre qu'une seule durite 17. A titre de variante. le fluide provenant du moteur peut etre amené par le tube 7 pour établir une circulation dans le sens contraire à celui considéré dans ce qui précède. Dans ce cas, la circulation est toujours établie de façon prépondérante dans le faisceau 13a. L'échangeur composite est mis en place dans un boîtier 22 (fig. 1) dans lequel de l'air est pulsé dans le sens des flèches par un ventilateur 23. En aval de l'échangeur composite 5, lorsqu'on considère le sens des flèches de la fig. 1, le boîtier 22 délimite une tubulure d'évacuation 24 et un conduit 25 menant à des buses de chauffage et de désembuage non représentées. Un volet 26 ou autre obturateur mobile est disposé entre la tubulure d'évacuation 24 et le conduit 25 sur un arbre de commande 27. En position dite d'hiver, le volet 26 est aligné avec la cloison transversale 12 de la boîte à eau de sortie 6. De cette manière, l'air traversant le faisceau 13ê est chauffé et amené dans le conduit 25 pour être distribué aux buses de chauffage/désembuage. Le volet 26 peut être pivoté par son arbre 27 pour obturer progressivement le conduit 25, ce qui a pour effet de réduire la quantité d'air chaud amenée à passer dans ledit conduit 25 en obligeant une partie de l'air chauffé par le faisceau 13â à passer dans la tubulure d'évacuation 24. En fin de course, le volet 26 est amené dans la position représentée en 26a pour laquelle l'ensemble de l'échangeur composite travaille en radiateur de refroidissement. tout l'air chauffé étant conduit dans la tubulure d'évacuation 24. Outre ce qui précède. le boîtier 22 délimite une tubulure secondaire 298 qui ouvre avantageusement en amont de l'échangeur composite 5 et à proximité du ventilateur 23. De l'air frais amené dans le boîtier 22 est ainsi pulsé dans la tubulure secondaire 28 pour être dirigé par un conduit 29 vers des buses de ventilation qui peuvent être les mêmes que les buses de chauffage/ désembuage. Un volet, par exemple un papillon 30, est disposé dans le conduit 29 pour permettre un réglage du débit. Les volet 26 et papillon 30 sont représentés montés de façon indépendante l'un de l'autre. La technique de la climatisation des véhicules a fait connaître que de tels volet et papillon peuvent être asservis à des dispositifs divers permettant de mélanger l'air frais et l'air chaud en fonction de la température devant régner à l'intérieur du véhicule. On ne sortirait donc pas du cadre de l'invention en mettant en oeuvre un dispositif de ce type pour relier et asservir le volet 26 et le papillon 30. I1 est avantageux que la partie antérieure du boîtier 22 soit de section circulaire pour que le ventilateur 23 puisse pulser l'air dans les différents conduits de façon à peu près uniforme. Le boîtier 22 est formé entre le ventilateur et l'embouchure du conduit 28 pour épouser la périphérie de celui-ci ainsi que la périphérie de l'échangeur composite. Cela permet d'optimiser la circulation de l'air tout en utilisant un ventilateur de grand diamètre pouvant tourner lentement en limitant, par conséquent, les bruits aérodynamiques. Le ventilateur peut être mis en fonctionnement soit de manière automatique en dépendance de la température du liquide en circulation, soit par une commande manuelle permettant, le cas échéant, une variation de vitesse. Cette dernière disposition permet d'assurer la climatisation du véhicule même lorsqu il roule à faible vitesse ou qu'il est à l'arrêt. I1 est avantageux que le dispositif de climatisation décrit ci-dessus soit monté, ainsi que cela est représenté, à l'avant du véhicule. Lorsque le groupe motopropulseur ou au moins le moteur est disposé à l'arrière du véhicule, comme le montre la fig 1, il est important que l'amenée du liquide de refroidissement jusqu'à l'échangeur composite soit assurée de manière simple et économique. A cette fin, comme l'illustrent tant la fig. 1 que la fig. 5, on met avantageusement en oeuvre un conduit de circulation 31 pouvant être réalisé facilement en matière thermoplastique par extrusion, ce conduit de circulation comprenant un tube interne 32 relié par des nervures 33 à une enveloppe 34 à chaque extrémité de laquelle on dispose un raccord 35 (fig. 1) auquel sont fixés les tubes d'entrée 3 et de sortie 7. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, l'échangeur composite décrit dans ce qui précède sous la forme d'un échangeur à tubes et dissipateurs pourrait être réalisé par un échangeur dit à plaque et barrette bien connu dans la technique, en particulier lorsqu'il est souhaité de réaliser un appareil très compact. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le refroidissement du moteur et la climatisation de véhicules dans lequel on détermine les caractéristiques d'un échangeur de chaleur de refroidissement pour un moteur et des conditions d'utilisation déterminées de celui-ci, caractérisé en ce qu'on fait tout d'abord circuler le liquide à refroidir dans une première partie (13fui) de l'échangeur pour provoquer le chauffage rapide d'une veine d'air traversant cette partie de l'échangeur, en ce qu'on établit une circulation progressive du liquide à refroidir dans une seconde partie (14a) de l'échangeur lorsqu'un seuil de température est dépassé dans la première partie (13fui) de l'échangeur et en ce qu'on dirige tout ou partie de la veine d'air chauffée dans ladite première partie (13ê) de l'échangeur dans un conduit (25) menant à des buses de chauffage/désembuage ou dans une tubulure d'évacuation (24). 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens (23) pour pulser de l'air dans la première partie (13a) et la seconde partie (14a) de l'échangeur ainsi que dans une tubulure secondaire (28) ouvrant en amont de l'échangeur et menant à des buses de ventilation. 3 - Dispositif pour le refroidissement du moteur et la climatisation d'un véhicule mettant en oeuvre le procédé de l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur composite (5) du type à tubes (8) et dissipateurs (9) ou du type à plaques et barrettes. les tubes ou conduits étant tous alimentés en liquide à refroidir par une boîte à eau d'entrée (4) et étant séparés en deux faisceaux (13a, 14fui) par une cloison transversale (12) d'une boîte à eau de sortie (6), au moins un clapet thermostatique (16) étant monté en amont d'un tube de sortie (7). 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la cloison transversale (12) de la boite à eau de sortie (6) délimite dans celle-ci deux compartiments (13, 14) correspondant aux deux faisceaux (13a, 14a), le clapet thermostatique (16) étant commandé dans le sens de son ouverture en dépendance de la température du liquide de refroidissement se trouvant dans le faisceau (13a) constituant la première partie de l'échangeur et en ce qu'une tubulure (15) relie le compartiment (13) correspondant à cette première partie du faisceau au tube de sortie (7) de la boîte à eau de sortie (6). 5 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la cloison transversale (12) de la boîte à eau de sortie (6) délimite dans celle-ci deux compartiments (13, 14) correspondant aux deux faisceaux (13a, 14a), le clapet thermostatique (16) étant disposé dans le compartiment (13) correspondant aux faisceaux (13a) constituant la première partie de l'échangeur pour être dépendant de la température du liquide traversant le premier faisceau (13a), ledit clapet thermostatique (16fui) contrôlant l'ouverture d'une lumière (21) prévue dans la cloison transversale (12) de la bote à eau de sortie (6). 6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet thermostatique (16a) disposé dans le premier compnrtiment (13) de la boîte à eau de sortie (6) est porté par un manchon (18) reliant un embout (19) de la boîte à eau de sortie (6) au tube de sortie (7). 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le clapet thermostatique (16a) est porté par des ailettes (20) formées à l'intérieur du manchon (18) reliant la boîte à eau de sortie (6) au tube de sortie (7) constitués par une durite (27). 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 7, dans lequel la circulation du liquide est inversée en faisant que le tube de sortie (7) devient le tube d'amenée du liquide à refroidir. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'échangeur composite à deux faisceaux (13a, 14a) est disposé dans un boîtier (22) contenant un ventilateur (23) pulsant de l'air à travers lesdits deux faisceaux, le boîtier (22) délimitant en aval dudit échangeur composite (5) une tubulure d'évacuation (24) et un conduit (25) menant à des buses de chauffage/désembuage. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 9, caractérisé par un volet (26)ou autre obturateur mobile (26) disposé entre la tubulure d'évacuation (24) et le conduit (25), ledit volet étant sensiblement aligné avec la cloison transversale (12) de la boîte à eau de sortie et étant déplaçable dans le sens pour lequel il obture plus ou moins le conduit (25) menant aux buses de chauffage/désembuage en dirigeant corrélativement l'air ayant traversé le premier faisceau (13a) vers la tubulure d'évacuation (24). 11 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le boîtier (22) délimite supplémentairement une tubulure secondaire (28) ouvrant en amont de l'échangeur composite (5) et menant à un conduit (29! contrôlé par au moins un volet ou papillon (30) pour l'alimentation de buses de ventilation. 12 - Dispositif suivant l'une des revendications 10 et 11. caractérisé en ce que le volet (26) et le papillon (30) sont reliés ensemble par un dispositif d tasservissement 13 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que le boîtier (2) présente une forme sensiblement circulaire au niveau du ventilateur (23), sa conformation s'adaptant ensuite à celle de l'échangeur composite (5) et de la tubulure secondaire (28). 14 - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que l'échangeur composite (5) est relié aux chemises du moteur par un conduit de circulation (31) comprenant un tube interne (32) relié par des nervures (33) à une enveloppe (34) qui supporte elle-même à chaque extrémité un raccord (35) pour le tube de sortie (7) relié à la boîte à eau de sortie (6).