Brevet FR2752440A1 — publié le 19980220

L'invention concerne un système de refroidisse- ment pour un moteur à combustion interne, en particulier pour un moteur diesel, avec un circuit de refroidissement du moteur, présentant un radiateur de moteur, avec une conduite d'air extérieur menant au moteur à combustion interne et dans laquelle est agencé un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement, ainsi qu'avec une conduite de recyclage de gaz d'échappement dans laquelle est agencé un dispositif de refroidissement. Par le document DE-OS 25 41 156, on connaît un procédé, ainsi que les dispositifs nécessaires à sa mise en oeuvre, pour suralimenter un moteur thermique. Selon ce document, les gaz d'échappement recyclés sont intro- duits sous pression dans une partie - également sous pression - d'un compresseur, plus exactement à un endroit situé en aval de l'aubage du rotor du compresseur. Dans une conduite de recyclage du dispositif correspondant de mise en oeuvre, on a prévu un dispositif de refroidisse- ment. Celui-ci doit servir au refroidissement des gaz d'échappement avant leur introduction dans le compres- seur. Cependant, avec le procédé décrit dans le docu- ment précité, il n'est pas possible de réduire l'émission des polluants, en particulier l'émission de NOx, ou on n'a pas pensé à une telle réduction. Par le document DE 32 20 832 C2, on connaît un procédé pour déterminer le taux de recyclage de gaz d'échappement de moteurs diesel, selon lequel une valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement est comparée avec une valeur réelle se rapportant à l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. La tempé- rature des gaz d'échappement est détectée comme une me- sure de l'état de charge de ce moteur et utilisée pour la régulation du taux de recyclage de gaz d'échappement lors de variations de la valeur de consigne. Un point de mesure de température pour déterminer cet état de charge est prévu également. Ce procédé est cependant très compliqué et de- mande surtout de très nombreuses pièces ou éléments sup- plémentaires, tels que des capteurs et des circuits élec- triques. Il s'y ajoute qu'il ne convient pas pour réduire l'émission de NOx. Le document DE 41 14 704 Cl décrit un système de refroidissement pour un moteur à combustion interne suralimenté, servant au refroidissement en deux étages de l'air de suralimentation comprimé par un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement. On a prévu dans ce cas qu'un fluide de refroidissement nécessaire dans une branche annexe, est dérivé d'un courant de fluide de refroidissement quittant un refroidisseur de retour à haute température et que le fluide de refroidissement traversant le moteur à combustion interne, s'écoule en- suite vers ce refroidisseur. Ce système de refroidissement a cependant l'in- convénient, d'une part qu'il a une structure très compli- quée et, d'autre part, qu'il ne contribue pas à réduire l'émission de polluants. Selon l'état de la technique, l'émission de particules de NOx par des moteurs diesel reste encore très élevée. Les tentatives de solution les plus diverses ont été proposées pour résoudre ce problème. C'est ainsi que, à titre d'essai, on a équipé des moteurs diesel de catalyseurs DENOx. Cependant, compte tenu de la réduction de l'émission de NOx, cette solution n'est pas suffisante et en outre relativement onéreuse. L'invention a donc pour but de réduire l'émis- sion de polluants, en particulier l'émission de NOx d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur diesel. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le dispositif de refroidissement est intégré dans le circuit de refroidissement du moteur, le dispositif de refroidissement étant relié à travers au moins une conduite de branchement et une conduite de re- tour à des conduites du circuit de refroidissement du mo- teur, et la conduite de recyclage de gaz d'échappement, après avoir traversé le dispositif de refroidissement, débouchant dans la conduite d'amenée d'air extérieur me- nant au moteur à combustion interne. Par le raccordement selon l'invention d'un dis- positif de refroidissement au circuit de refroidissement du moteur à travers une conduite de branchement et une conduite de retour, on obtient une intégration d'un dis- positif de refroidissement dans le circuit de refroidis- sement du moteur. Ainsi est créé un système de refroidis- sement permettant de réduire la concentration de NOx et de particules. En prévoyant un agencement adéquat du dis- positif de refroidissement, par exemple dans l'alimenta- tion en eau chaude du système de chauffage, la chaleur perdue du gaz d'échappement (de l'échangeur de chaleur pour le gaz d'échappement) peut être utilisée pour chauf- fer l'habitacle du véhicule, ce qui est avantageux sur- tout dans le cas de moteurs diesel DE modernes qui ne dé- gagent qu'une quantité relativement faible de chaleur ex- cédentaire. Un mode de réalisation du système de refroidis- sement selon l'invention prévoit que la conduite de bran- chement part de la conduite d'arrivée de fluide de re- froidissement menant du radiateur du véhicule (radiateur de moteur) au moteur à combustion interne, et que la conduite de retour du dispositif de refroidissement abou- tit dans la conduite d'arrivée de fluide de refroidisse- ment en amont du moteur à combustion interne, avec prévi- sion de vannes de réglage dans la conduite d'arrivée de fluide de refroidissement et dans la conduite de branche- ment en vue d'une répartition du courant de fluide de re- froidissement. Un autre mode de réalisation du système de re- froidissement selon l'invention prévoit qu'une pompe de circulation est installée dans la conduite de branchement qui part de la conduite d'arrivée de fluide de refroidis- sement menant du radiateur du véhicule au moteur à com- bustion interne, et que la conduite de retour du disposi- tif de refroidissement aboutit dans une conduite de re- tour de fluide de refroidissement du moteur menant au ra- diateur du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un système de refroi- dissement selon l'invention d'après un premier mode de réalisation, comportant des électrovannes; - la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'un système de refroidissement selon l'in- vention, avec une pompe électrique de circulation; et - la figure 3 représente un troisième mode de réalisation d'un système de refroidissement selon l'in- vention, comportant des soupapes et une pompe électrique de circulation. Selon la figure 1, un courant de liquide de re- froidissement, sortant d'un radiateur 1 du véhicule, est réparti de façon réglable, par des électrovannes 2 et 3, sur un moteur à combustion interne 4 et un dispositif de refroidissement 5, représentant un refroidisseur de recy- clage de gaz d'échappement. La vanne 2 se trouve dans une conduite d'arrivée de fluide de refroidissement 6 du cir- cuit de refroidissement du moteur, conduite qui mène au moteur à combustion interne 4. La vanne 3 se trouve dans une conduite de branchement 7 menant au dispositif de re- froidissement 5. Les vannes 2 et 3 permettent de régler le dia- gramme caractéristique du rendement du dispositif de refroidissement 5. A travers une conduite de retour 8 ve- nant du dispositif de refroidissement 5, le circuit de refroidissement du moteur 4 reçoit de la chaleur, ce qui est avantageux surtout dans la phase d'échauffement du moteur à combustion interne 4. Celui-ci reçoit de l'air extérieur à travers une vanne réglée 9 de recyclage de gaz d'échappement. Cette vanne est sous la commande d'un diagramme caractéristique et son action dépend de la com- patibilité à l'égard du recyclage de gaz d'échappement dont on a tenu compte dans la conception du moteur à com- bustion interne 4. L'amenée d'air extérieur s'effectue de façon connue à travers une conduite d'amenée d'air extérieur , dans laquelle sont installés un mesureur de masse d'air 11, le compresseur d'un turbocompresseur de surali- mentation à gaz d'échappement 12 et un refroidisseur d'air de suralimentation 13. En raison du refroidissement par le refroidis- seur de gaz d'échappement recyclés 5, une plus grande quantité de gaz de suralimentation peut être amenée au circuit d'air extérieur du moteur à combustion interne 4. On obtient ce résultat du fait qu'une conduite de recy- clage de gaz d'échappement 15 relie une conduite de gaz d'échappement 14, à un point situé en amont de la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement 12, au dispositif de refroidissement 5, et que les gaz d'échappement concernés, après avoir été refroidis de manière adéquate dans ce dispositif 5, sont ajoutés en mélange, par la vanne 9 de recyclage de gaz d'échappement, dans la conduite d'amenée d'air extérieur 10. Un organe de ré- glage 16 est prévu de façon connue pour la régulation du turbocompresseur 12. Le circuit de refroidissement contient en outre un point 17 de mesure de la température et un point 18 de mesure de la pression, ainsi qu'une conduite 19 pour le retour du fluide de refroidissement du moteur. La figure 2 représente un circuit désaccouplé pour le dispositif de refroidissement 5, comportant une pompe électrique de circulation 20 propre à ce circuit. Le circuit de refroidissement du moteur 4 contient en plus les composants montrés par la figure 1 et auxquels on a donc donné les mêmes références sur la figure 2. Les vannes 2 et 3 du mode de réalisation selon la figure 1 sont remplacées par conséquent par la pompe de circulation 20 dans le mode de réalisation selon la figure 2. Si une soupape thermostatique 21 se trouvant dans le circuit de refroidissement du moteur 4 est fer- mée, ce qui peut être le cas par exemple dans la phase d'échauffement, des taux de refroidissement maximaux peu- vent être obtenus par la pompe électrique de circulation dans le circuit interne ainsi formé. Comme le moteur 4 ne dégage pas de chaleur dans cette phase et comme le circuit de refroidissement du moteur est fermé à ce moment vis-à-vis de la conduite de retour 19 menant au radiateur 1 du véhicule, le circuit de refroidissement du moteur passe seulement par la conduite de branchement 7 jusqu'au dispositif de refroidissement 5 et retourne directement par la conduite de retour 8 à la zone d'entrée du radiateur 1. Ce circuit reste en service jusqu'à ce que la soupape thermostatique 21 s'ouvre. Le circuit d'air extérieur pour le moteur 4 et le recyclage de gaz d'échappement sont réalisés comme décrit pour l'exécution selon la figure 1. Le but de l'exemple de réalisation selon la fi- gure 2 est l'obtention d'un taux de refroidissement maxi- mal pendant la phase d'échauffement. Après l'ouverture de la soupape thermostatique 21, un régime mixte est pos- sible, mais une régulation de la pompe électrique de cir- culation 20 est possible aussi. La solution choisie dé- pend de chaque application. La figure 3 montre une forme de réalisation particulière du radiateur 1 du véhicule. En effet, ce ra- diateur est partagé en deux parties la et lb. Une soupape d'arrêt 22 permet d'obtenir, conjointement avec une soupape de renversement 23, une séparation complète des deux circuits, à savoir du cir- cuit de refroidissement du moteur et du circuit de re- froidissement du dispositif de refroidissement 5. A des fins d'optimisation, une combinaison appropriée est ce- pendant possible aussi. La raison en est que, ainsi, on peut éviter l'abaissement de la température au-dessous de la température d'encrassement. Si la soupape thermostatique 21 est fermée, le circuit de refroidissement du moteur s'étend de la partie la du radiateur à travers la soupape d'arrêt 22 et la conduite de retour 8 du circuit de refroidissement du dispositif de refroidissement 5 et, par suite, jusque dans la partie lb du radiateur. Dans ce mode d'utilisa- tion, les deux parties la et lb du radiateur sont bran- chées en série. Après qu'elle a traversé la partie lb du radiateur, le moteur 4 reçoit, à travers une conduite 24 et la soupape de renversement 23, de l'eau refroidie. On obtient de cette manière un radiateur 1 partagé en deux parties la et lb qui peuvent être combinées de façon adé- quate en fonction des besoins de refroidissement. La par- tie lb du radiateur peut être installée - notamment sous forme d'un refroidisseur - à n'importe quel endroit dé- siré du véhicule, mais elle peut aussi être bridée sur un radiateur de véhicule 1. Il ressort de ce qui précède que le dispositif de refroidissement 5 possède dans ce cas un circuit de fluide de refroidissement avec un radiateur ou refroidisseur lb, pour ce fluide de refroidissement, qui lui sont propres. Dans ce mode de réalisation aussi, le circuit d'air de refroidissement et le circuit de gaz d'échappement correspondent également aux circuits représentés sur la figure 1. Il est possible aussi d'installer après coup un système de refroidissement selon l'invention puisque la conception du radiateur du véhicule ne demande pas à être modifiée pour la mise en oeuvre de l'invention. En effet, le recyclage de gaz d'échappement n'est pas prévu au point de fonctionnement sur lequel est basée la concep- tion du radiateur, c'est-à-dire sur le régime de pleine charge à faible vitesse. Au lieu de cela, le refroidis- sement de gaz d'échappement recyclés entre seulement en action dans une plage de charge partielle, plus exacte- ment, par exemple, dans une plage comprise entre la vi- tesse de ralenti et des vitesses de rotation utilisées à environ 3/4 de la puissance nominale, c'est-à-dire à des charges de moteur entre la charge nulle et 75 % de la charge maximale. REVENDICATIONS 1. Système de refroidissement pour un moteur à combustion interne, en particulier pour un moteur diesel, avec un circuit de refroidissement du moteur, présentant un radiateur de moteur, avec une conduite d'air extérieur menant au moteur à combustion interne et dans laquelle est agencé un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement, ainsi qu'avec une conduite de recyclage de gaz d'échappement dans laquelle est agencé un dispositif de refroidissement, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (5) est intégré dans le circuit de re- froidissement du moteur, le dispositif de refroidissement (5) étant relié à travers au moins une conduite de bran- chement (7) et une conduite de retour (8) à des conduites (6, 19) du circuit de refroidissement du moteur, et la conduite de recyclage de gaz d'échappement (15), après avoir traversé le dispositif de refroidissement (5), dé- bouchant dans la conduite d'amenée d'air extérieur (10) menant au moteur à combustion interne (4). 2. Système de refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la conduite de branche- ment (7) part de la conduite d'arrivée de fluide de re- froidissement (6) menant du radiateur (1) du véhicule au moteur à combustion interne (4) et que la conduite de retour (8) du dispositif de refroi- dissement (5) aboutit dans la conduite d'arrivée de fluide de refroidissement (6) en amont du moteur à com- bustion interne (4), avec prévision de vannes de réglage (2, 3) dans la conduite d'arrivée de fluide de refroidis- sement (6) et dans la conduite de branchement (7) en vue d'une répartition du courant de fluide de refroidisse- ment. 3. Système de refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (20) est installée dans la conduite de branchement (7) qui part de la conduite d'arrivée de fluide de refroidissement (6) menant du radiateur (1) du véhicule au moteur à combustion interne (4), et que la conduite de retour (8) du dispositif de refroidissement (5) aboutit dans une conduite (19) de retour de fluide de refroidissement du moteur menant au radiateur (1) du véhicule. 4. Système de refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroi- dissement (5) possède un circuit de fluide de refroidis- sement avec un radiateur (lb), pour le fluide de refroidissement, qui lui sont propres. 5. Système de refroidissement selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que le radiateur (lb) peut être branché en série avec le radiateur (1) du véhicule. 6. Système de refroidissement selon la revendi- cation 4 ou 5, caractérisé en ce que le radia- teur (lb) est bridé sur le radiateur (1) du véhi- cule. 7. Système de refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la chaleur perdue de l'échangeur de chaleur pour les gaz d'échappement est utilisée pour chauffer l'habitacle du véhicule.