Brevet FR2720783A1 — publié le 19951208

Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile L'lnvention concerne un dispositif de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, du type comprenant un échangeur de chaleur propre à être parcouru par un fluide caloporteur et à être traversé par un flux d'air, une pompe de circulation du fluide caloporteur et un ventilateur de circulation du flux d'air. Dans les dispositifs de refroidissement de ce type, le fluide caloporteur est habituellement mis en mouvement par une pompe entraînée par le moteur du véhicule, si bien que le refroidissement n'a lieu que lorsque le moteur tourne. En pareil cas, le fluide caloporteur échange de la chaleur avec le flux d'air qui traverse l'échangeur de chaleur, et cela sous l'effet de la vitesse du véhicule et/ou de l'action du ventilateur. Ce dernier est habituellement un ventilateur électrique qui n'est mis en marche que lorsque la température du fluide caloporteur dépasse un seuil déterminé. Un dispositif de refroidissement de ce type donne générale tuent saf;sfaction lorsque le moteur fonctionne à chaud, le écule étant en marche cu à l'arrêt. I est toutefois à noter qu'un tel dispositif de refroidissement pose deux problèmes principaux. ne premier problème est lié au fait que le fonctionnement de la pompe est couplé à celui du moteur. I1 en résulte que le refroidissement du moteur a lieu notamment pendant la phase åe démarrage à froid du moteur, ce qui ralentit la montée en température du moteur et augmente les émissions de gaz nocifs c 'a consommation de carburant pendant cette phase de démarrage ou de montée en température. La plupart des échangeurs de chaleur comprennent, il est vrai, une vanne à commande thermostatique qui permet, notamment pendant la phase de montée en température, de faire en sorte que le fluide caloporteur circule dans une dériva tion en contournant l'échangeur de chaleur. Toutefois, le fait que le fluide caloporteur est mis en mouvement en permanence par la pompe, même en contournant i'échangeur de chaleur, ralentit la montée en température du moteur. Un second problème lié au dispositif de refroidissement du type précité concerne la phase dite "après chauffage" qui se déroule après l'arrêt du moteur à chaud. En effet, lorsque le moteur est arrêté à chaud, le bloc moteur et les têtes de cylindre se trouvent à une température supérieure à celle du fluide caloporteur. Il en résulte qu'une certaine quantité de chaleur est transférée alors du moteur vers le fluide caloporteur. Comme la pompe du moteur est alors arrêtée, le refroidissement est peu efficace, même si le ventilateur électrique est encore en fonctionnement. Il en résulte alors deux inconvénients principaux. Tout d'abord, le clapet de sécurité de l'échangeur de chaleur s ouvre en libérant du fluide caloporteur dans le milieu ambiant. En second lieu, les injecteurs de carburant prévus dans les têtes de cylindre s'échauffent, si bien que le carburant s'évapore, ce qui rend difficile le redémarrage du moteur. Pour éviter ces deux inconvénients, on a proposé d'ajouter une petite pompe électrique secondaire qui est en fonctionnement seulement après l'arrêt du moteur. Une telle solution nécessite l'utilisation de deux pompes de circulation, l'une principale entraînée par le moteur thermique du véhicule et l'autre secondaire entraînée par son propre moteur électrique, ce qui complique la structure du dispositif de refroidissement. invention a notamment pour but de surmonter les inconvé n entes précités. -'le propose à cet effet un dispositif de refroidissement du type défini en introduction, qui comprend en combinaison - un ventilateur électrique de circulation du flux d'air au travers de l'échangeur de chaleur; - un premier organe de commande relié à un capteur de température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur et propre à commander la mise en marche du ventilateur lorsque la température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur dépasse un seuil supérieur (ON1) et à commander l'arrêt du ventilateur lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur (OFF1), tel que OFFl il en résulte que, pendant la phase de démarrage du moteur, la pompe électrique unique est arrêtée, si bien que la circulation du fluide caloporteur est également arrêtée, ce qul accélère la montée en température du moteur et diminue par conséquent l'émission de gaz nocifs et la consommation du moteur pendant cette phase de démarrage. crsque le moteur a atteint sa température de fonctionnement, la pompe électrique assure la circulation du fluide de refroidissement, comme le ferait une pompe classique, le ventilateur associé à l'échangeur de chaleur étant éventuellement en marche. Pendant la phase "après chauffage" qui suit l'arrêt du moteur à chaud, la pompe électrique et le ventilateur peuvent être actionnés automatiquement, alors que le moteur est arrêté, pour assurer le refroidissement du moteur. Le ventilateur ne s arrête que lorsque la température du fluide caloporteur est descendue en dessous du seuil OFF1 et la pompe électrique ne s'arrête que lorsque la température du moteur est descendue en dessous du seuil OFF2. L'invention s applique en particulier à un dispositif de refroidissement dans lequel l'échangeur de chaleur comprend une vanne thermostatique propre à faire circuler le fluide caloporteur dans une dérivation lorsque la température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur est inférieure à un seuil thermostatique donné (RO). Selon l'invention, la valeur minimale du seuil inférieur OFF1 du premier organe de commande et la valeur minimale du seuil inférieur OFF2 du second organe de commande sont toutes deux légèrement inférieures au seuil thermostatique RO. Avantageusement, le seuil inférieur OFF1 et le seuil inférieur OFF2 sont tous deux compris entre 80 C et 95 C. Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur de température du fluide caloporteur est logé dans l'échangeur de chaleur, tandis que le capteur de température du moteur est logé dans le moteur, en particulier dans une tête de cylindre. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en outre un troisième organe de commande monté en parallèle avec le second organe de commande et propre à commander la mise en marche ou l'arrêt de la pompe. Avantageusement, ce troisième organe de commande est choisi parmi un contact d'allumage du moteur, un relais commandé par contact d'allumage du moteur et un relais commandé par un alternateur couplé au moteur. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, le troisième organe de commande est monté en série avec un quatrième organe de commande réalisé sous la forme d'un lnterrupteur. Dans une première variante, cet interrupteur est propre à être relié à un capteur de température du moteur et à être fermé lorsque la température du moteur dépasse un seuil supérieur ON4 et à être ouvert lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur OFF4, tel que OFF4 De préférence, ce seuil supérieur ON4 est très inférieur au seuil supérieur ON2 du second organe de commande. Dans une autre variante, l'interrupteur constituant le quatrième organe de commande est à commande manuelle, celui pouvant être actionné directement par le conducteur du véhicule. La pompe électrique est avantageusement à deux vitesses, dont l'une est commandée au travers d'une résistance ou d'un balai du moteur de la pompe électrique. De façon avantageuse, cette résistance du moteur de la pompe est montée en série avec le troisième et le quatrième organe de commande de manière que la pompe tourne à faible vitesse lorsque les troisième et quatrième organes de commande sont en position fermée et que le second organe de commande est en position d'ouverture, et tournent à vitesse élevée lorsque le second organe de commande est en position de fermeture. Dans une autre variante de réalisation, le second organe de commande et le quatrième organe de commande sont réalisés sous la forme d'un module électronique de commande relié à un capteur unique de température du moteur. Avantageusement, le premier organe de commande comprend un capteur de température relié au module de commande. Dails une variante, le module électronique de commande est relié à un module de gestion du moteur et/ou à un module de gestion d'un appareil de chauffage du véhicule. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un circuit de refroidissement de moteur thermique muni d'un dispositif de commande selon l'invention; et - les figures 2 à 5 sont des schémas du dispositif de commande correspondant respectivement à quatre formes de réalisation différentes. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un moteur thermique M de véhicule automobile muni d'une entrée C et d'une sortie 12 reliées toutes deux à deux boucles de -rzul tion 14 et 16 parcourures par un fluide caloporteur servant au refroidissement du moteur. La boucle 14 se divise en une branche principale 18 sur laquelle est monté un échangeur de chaleur 20, encore appelé radiateur de refroidissement, et une dérivation 22, la branche 18 et la dériva .on 22 se raccordant avant l'entrée 10 du moteur. L'accès à la branche 18 et à la dérivation 22 est contrôlé par une vanne thermostatique 24 propre à faire circuler le fluide caloporteur dans la dérivation 22 lorsque la température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil thermostatique donné (RO). La boucle 16 comprend un échangeur de chaleur 26, encore appelé "radiateur de chauffage", faisant partie d'un appareil 28 assurant le chauffage de l'habitacle du véhicule. La circulation du fluide caloporteur dans les boucles 14 et ;o est assurée par une pompe électrique 30 placée avant ,'ntrée 10 et constituant la seule pompe de circulation. L'échangeur de chaleur 20 est propre à être traversé par un flux d'air F, qui peut être mis en mouvement par un ventilateur électrique 32. Le circuit de refroidissement de la figure 1 comprend en outre un dispositif de commande 34 comprenant un premier organe de commande C1 et un second organe de commande C2. L'organe C1 est relié, d'une part, à un capteur 36 propre à détecter la température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur 20 et, d'autre part, au ventilateur électrique 32. Cet organe C1 est propre à commander la mise en marche du ventilateur 32 lorsque la température du fluide caloporteur dépasse un seuil supérieur ON1 et à commander l'arrêt du ventilateur lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur OFF1, tel que OFFlSONl. L'organe de commande C2 est relié, d'une part, à un capteur 38 propre à détecter la température du moteur M et, d'autre part, à la pompe électrique 30. Cet organe C2 est propre à commander la mise en marche de la pompe lorsque la température du moteur dépasse un seuil supérieur ON2 et à commander l'arrêt de la pompe lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur OFF2, tel que OFF2 Le capteur 36 est logé dans l'échangeur de chaleur 20, tandis mue le capteur 38 est logé dans le moteur, par exemple dans une tête de cylindre, de manière à détecter la température du fluide caloporteur dans le moteur ou bien la température de culasse du moteur. Ainsi, l'organe de commande C1 met en marche le ventilateur 32 à chaque fois que la performance de l'échangeur de chaleur 20 devient insuffisante. De plus, l'organe de commande C2 agit sur la pompe électrique Dour refroidir le moteur à chaque fois que celui-ci a besoin d'être refroidi et, inversement, pour ne pas refroidir le moteur lorsqu'un refroidissement n'est pas nécessaire. Ainsi, pendant la phase de démarrage ou de montée en température, dans laquelle le moteur n'a pas besoin d'être refroidi, le système de refroidissement ne fonctionne pas et cette commande résout également le problème de la phase d'après chauffage qui suit l'arrêt du moteur à chaud. es valeurs minimales des seuils de température OFF1 et OFF2 sont de préférence toutes deux légèrement inférieures au seuil thermostatique RO. Pour des températures inférieures à RO, l'écoulement au travers de l'échangeur de chaleur 20 est interrompu par la vanne thermostatique 24 pour éviter un refroidissement excessif. En ce cas, il est inutile de faire fonctionner le ventilateur 32, sauf pour créer un réservoir d'eau à basse température dans l'échangeur 20. Pour ces raisons, il est préférable que OFF1 soit normalement légèrement inférieur à R0. La figure 2 montre un exemple de réalisation du dispositif de commande 34, dans lequel les organes C1 et C2 sont alimentés dlrectement par les bornes positive et négative de la batterie 40 du véhicule. Dans ce cas, les organes C1 et C2 sont montés sur deux liaisons électriques respectivement 40 et 42. Lorsque le circuit est refroidi dans la phase "après chauffage" lorsque le moteur est arrêté, il faut éviter de faire fonctionner la pompe 30 pendant un temps trop élevé pour ne pas décharger la batterie 40. On comprendra que le refroidissement est d'autant plus efficace et rapide que le ventila teur 32 est en fonctionnement. Pour cette raison, il est préférable que OFF2 ne soit pas trop inférieur à OFFI. es seuils OFF1 et OFF2 sont proches de RO et sont normalement compris entre 80 et 95 C. Du fait que le seuil ON2 est supérieur ou égal à OFF2 et correspond à une valeur de température élevée, ceci peut conduire à des problèmes lors de la phase de démarrage ou de montée en température du moteur si l'on souhaite faire fonctionner l'appareil de chauffage 28 du véhicule. En effet, du fait que l'appareil de chauffage 28 ne fonctionne pas tant que la pompe 30 ne fonctionne pas, il n'est pas possible d'assurer le chauffage de l'habitacle tant que la température du moteur n'a pas atteint le seuil ON2. Ceci peut donc constituer un inconvénient si la phase de montée en température est particulièrement longue, ce qui dépend de la taille et de la conception du moteur. La forme de réalisation de la figure 3 permet de surmonter un tel inconvénient. Dans cette forme de réalisation, le dispositif de commande 44 est analogue au dispositif 34 et comprend en outre un troisième organe de commande C3 et un quatrième organe de commande C4 montés en série dans une liaison électrique 46 qui est elle-même en parallèle avec la liaison 42 et qui est également reliée à la pompe électrique 30. L'organe C3 est constitué soit par un contact d'allumage du moteur, soit par un relais commandé par le contact d'allumage du moteur, soit encore par un relais commandé par un alternateur couplé au moteur. L'organe C3 est fermé à partir du moment où l'allumage est mis en route ou à partir du moment où le relais précité est actionné après mise en marche du moteur. L'organe C4 est réalisé sous la forme d'un interrupteur qui, dans l'exemple, est relié à un capteur de température 48 qui, de même que le capteur 38, est logé dans le moteur M. 'lnterrupteur de l'organe C4 est fermé lorsque la température du moteur dépasse un seuil supérieur ON4 et est ouvert osque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur OFF4, tel que OFF4SON4. L'organe C2 et l'organe C4 peuvent être deux organes indépendants ou bien être intégrés dans un même ensemble à deux niveaux de coupure. Le seuil ON4 est de préférence nettement inférieur au seuil ON2 et est par exemple de l'ordre de 40 C. Cette solution constitue un bon compromis entre l'exigence d'une rapide montée en température du moteur et l'exigence d'une performance de chauffage suffisante pendant cette phase de montée en température, et cela sans perturber le fonctionnement durant la phase "après chauffage", étant donné que la commande C3 sera alors ouverte dans ce cas, le moteur étant arrêté et le contact d'allumage ouvert. Ainsi, du fait que la pompe est coupée pendant la phase de montée en température du moteur, le fluide caloporteur monte rapidement en température dans le moteur, ce qui diminue l'émission de gaz polluants et la consommation du moteur. Le fluide caloporteur contenu dans le reste du circuit de refroidissement reste froid. Lorsque le seuil de température ON4 ou ON2 est atteint, la pompe 30 fait pénétrer du fluide caloporteur froid dans le roteur jusqu'à ce que le seuil OFF4 ou OFF2 soit atteint à nouveau, ce qui arrête la pompe. La phase de réchauffage démarre à nouveau. Ainsi, ce processus de marche et d'arrêt de la pompe se répète avec une fréquence de plus en plus élevée jusqu'à ce que le fluide caloporteur du circuit atteigne le seuil ON2 ou ON4 et que la pompe commence alors fonctionner en continu. Pour accroître cette fréquence de marche-arrêt de la pompe au début de la phase de démarrage du moteur et obtenir un écoulement plus régulier, il est nécessaire de commencer la phase de montée en température avec un faible débit et d'augmenter ce débit lorsque le circuit est monté en température. C'est la raison pour laquelle il est préférable d'utiliser une pompe 30 qui est munie d'une résistance ou d'un balai spécifique. Par exemple, la résistance peut être également montée entre les points A et B du dispositif 44. Ainsi, la pompe fonctionne à faible vitesse pendant la phase de montée en température lorsque les organes de commande C3 et C4 sont fermés et que l'organe de commande C2 est ouvert et fonctionne à vitesse élevée lorsque la phase de montée en température est terminée et que l'organe de commande C2 est fermé. Dans une variante de réalisation (non représentée), l'organe de commande C4 est un interrupteur à commande manuelle qui peut être relié par exemple à la commande de chauffage du véhicule, de manière que cet interrupteur soit fermé lorsque l'utilisateur du véhicule met en route l'appareil de chauffa ge 28. Dans une autre variante de réalisation non représentée, l'interrupteur de l'organe C4 peut être complètement supprimé, la pompe 30 étant mise en route à partir du moment où l'organe C3 est fermé. On se réfère maintenant à la figure 4 qui concerne une autre forme de réalisation de l'invention qui s'apparente à celle de la figure 3. La figure 4 montre un dispositif de commande 50 qui comprend également deux organes de commande C1 et C3, mais dans lequel les organes C2 et C4 sont remplacés par un module électroni que de commande 52 relié à un capteur unique 54 de détection de la température du moteur. Le module 52 est relié à un module 56 de gestion du moteur et/ou à un module 58 de gestion de l'appareil de chauffage du véhicule, de manière à assurer un compromis optimisé entre une montée rapide en température du moteur et une performance suffisante de l'appareil de chauffage. Le dispositif de commande 60 représenté à la figure 5 constitue une variante de celui de la figure 4. Dans ce cas, l'organe de commande C1 est remplacé par un capteur de température 62 qui est relié au module 52. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple. Revendications 1.- Dispositif de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un échangeur de chaleur (20) propre à être parcouru par un fluide caloporteur et à être traversé par un flux d'air (F), une pompe (30) de circulation du fluide caloporteur et un ventilateur (32) de circulation du flux d'air, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - un ventilateur électrique (32) de circulation du flux d'air (F) au travers de l'échangeur de chaleur (20);; - un premier organe de commande (C1) relié à un capteur (36) de température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur et propre à commander la mise en marche du ventilateur (32) lorsque la température du fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur (20) dépasse un seuil supérieur (ON1) et à commander l'arrêt du ventilateur lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur (OFF1), tel que OFFlSON1; - une pompe électrique (30) assurant, à elle seule, la circulation du fluide caloporteur; et - un second organe de commande (C2) relié à un capteur (38) de température du moteur (M) et propre à commander la mise en marche de la pompe électrique (30) lorsque la température du moteur dépasse un seuil supérieur (ON2) et à commander l'arrêt de la pompe lorsque cette température descend en dessous d'un seuil inférieur (OFF2) tel que OFF2SON2. 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur (20) comprend une vanne thermostatique (24) propre à faire circuler le fluide caloporteur dans une dérivation (22) lorsque la température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil thermostatique (RO), caractérisé en ne que la valeur minimale du seuil inférieur (OFF1) du premier organe de commande (C1) et la valeur minimale du seuil inférieur (OFF2) du second organe de commande (C2) sont toutes deux légèrement inférieures au seuil thermostatique (RO). 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le seuil inférieur (OFF1) du premier organe de commande (C1) et le seuil inférieur (OFF2) du second organe de commande (C2) sont tous deux compris entre 80 C et 95oC. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur de température (36) du fluide caloporteur est logé dans l'échangeur de chaleur (20), tandis que le capteur de température (38) du moteur (M) est logé dans le moteur (M), en particulier dans une tête de cylindre. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième organe de commande (C3) monté en parallèle avec le second organe de commande (C2) et propre à commander la mise en marche ou l'arrêt de la pompe électrique (30). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le troisième organe de commande (C3) est choisi parmi un contact d'allumage du moteur, un relais commandé par le contact d'allumage du moteur et un relais commandé par un alternateur couplé au moteur. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le troisième organe de commande (C3) est monté en série avec un quatrième organe de commande (C4) réalisé sous la forme d'un interrupteur. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'interrupteur du quatrième organe de commande (C4) est propre à être relié à un capteur de température du moteur et a être fermé lorsque la température du moteur (M) dépasse un seuil supérieur (ON4) et à être ouvert lorsque cette tempéra ture descend en dessous d'un seuil inférieur (OFF4) tel que OFF4 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le seuil supérieur (ON4) du quatrième organe de commande (C4) est très inférieur au seuil supérieur (ON2) du second organe de commande (C2). 10.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'interrupteur constituant le quatrième organe de commande (C4) est à commande manuelle. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la pompe électrique (30) est une pompe à deux vitesses, dont l'une est commandée au travers d'une résistance ou d'un balai du moteur de la pompe électrique (30). 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la résistance du moteur de la pompe (30) est montée en série avec le troisième organe de commande (C3) et le quatrième organe de commande (C4) de manière que la pompe tourne à faible vitesse lorsque le troisième organe de commande (C3) et le quatrième organe de commande (C4) sont fermés et que le second organe de commande (C2) est ouvert et tourne à haute vitesse lorsque le second organe de commande (C2) est en position fermée. 13.- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le second organe de commande (C2) et le quatrième organe de commande (C4) sont réalisés sous la forme d'un module électronique de commande (52) relié à un unique capteur de température (54) du moteur. i4.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le premier organe de commande (C1) comprend un capteur de température (62) relié au module électronique de commande 15.- Dispositif selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que le module électronique de commande (52) est relié à un module (56) de gestion du moteur (M) et/ou à un module (58) de gestion d'un appareil de chauffage du venicule.