Brevet FR2771771A1 — publié le 19990604

Circuit de refroidissement à stockage de chaleur pour moteur à combustion interne. La présente invention se rapporte à un circuit de refroidissement à stockage de chaleur pour moteur à combustion interne, comprenant un réservoir de stockage de chaleur et des moyens de vidange et de remplissage du circuit de refroidissement. Des circuits de ce type ont été proposés par exemple par les demandes de brevets français n"s 95 08 317 et 95 12 340 dans leur application aux véhicules automobiles. Suivant ces deux documents, le liquide chaud du circuit de refroidissement est transféré, au moment de l'arrêt du moteur du véhicule, dans un réservoir de stockage isotherme d'où le liquide chaud est renvoyé dans le circuit de refroidissement au démarrage du moteur ou avant démarrage, en vue du préchauffage du moteur. Suivant les deux documents précités, le circuit de refroidissement comprend, pour permettre le transfert du liquide de refroidissement du circuit dans le réservoir de stockage et inversement, plusieurs vannes, une pompe et un ensemble de conduits reliant ces composants entre eux, au réservoir de stockage et au circuit de refroidissement. Tous les éléments sont installés séparément, ce qui fait que le coût de fabrication et de montage de ces éléments est relativement élevé et que ltencombrement de ensemble n'est pas négligeable. Par ailleurs, les réservoirs de stockage sont de structure relativement compliquée dans la mesure où ils comportent un élément de séparation liquide/gaz, par exemple une vessie. La présente invention vise un circuit de refroidissement à stockage de chaleur, avec des moyens de vidange et de remplissage conçus de manière que leur fabrication et montage soient simplifiés et leur coût et encombrement réduits. L'invention vise par ailleurs un circuit de refroidissement à stockage de chaleur avec un réservoir de stockage de chaleur de structure simplifiée et de coût réduit. Suivant un premier aspect de l'invention, le circuit de refroidissement à stockage de chaleur pour moteur à combustion interne, avec réservoir de stockage de chaleur, comprend des moyens de vidange et de remplissage intégrés dans un module regroupant une pompe électrique non réversible, les vannes nécessaires pour les opérations de vidange et de remplissage du circuit de refroidissement et les conduits de liaison entre ces éléments. Suivant un second aspect de l'invention, le réservoir de stockage de chaleur est un réservoir isotherme dépourvu d'élément de séparation interne et comportant une seule ouverture obturée par un bouchon isotherme traversé par un passage d'entrée et de sortie de liquide et un passage d'entrée et de sortie de gaz. De préférence, le module regroupant les moyens de vidange et de remplissage comprend - deux chambres qui présentent - l'une une communication permanente avec le côté aspiration de la pompe, - l'autre une communication permanente avec le côté refoulement de la pompe, chacune une communication sélective avec le réservoir de stockage, et chacune une communication sélective avec le circuit de refroidissement, - deux obturateurs montés dans lesdites deux chambres de manière à être mobiles chacun entre deux positions dans l'une desquelles il obture l'une desdites communications sélectives et établit l'autre, et inversement, et - des moyens d'actionnement des deux obturateurs pour amener ces derniers sélectivement dans l'une et dans l'autre desdites deux positions. Suivant un mode de réalisation avantageux, le module comprend une base dans laquelle lesdites deux chambres sont disposées à la manière de deux quadrants opposés, les deux autres quadrants opposés contenant des canaux correspondant auxdites communications sélectives avec le réservoir de stockage et avec le circuit de refroidissement et débouchant dans lesdites chambres, respectivement dans deux parois adjacentes de ces dernières, et chaque obturateur est constitué par un volet monté dans l'une desdites chambres de manière à pivoter autour d'un axe situé sensiblement au centre de ladite base. De préférence, la communication permanente avec le circuit de refroidissement comprend deux canaux partant respectivement de chacune desdites chambres pour déboucher dans un canal commun ayant deux orifices reliés au circuit de refroidissement en deux points correspondant respectivement à la sortie du radiateur et à l'entrée du moteur, ledit canal commun comprenant, entre les débouchés des dits deux canaux, un obturateur pouvant être actionné pour fermer et ouvrir à volonté ledit canal commun. Ce mode de réalisation permet de procéder à un préchauffage du moteur avant démarrage. Ledit obturateur commandant le canal commun peut être avantageusement une vanne du type guillotine et les deux volets sont alors mobiles séparément l'un de l'autre, comprenant chacun son propre moyen d'actionnement. Suivant une variante, ledit canal commun ne comporte pas d'obturateur et les deux volets peuvent être couplés et comprendre un moyen d'actionnement commun. Cette variante n'autorise pas de préchauffage, mais permet de simplifier le module du fait de la présence d'un seul moyen d'actionnement pour les deux volets, et de la suppression de l'obturateur dans ledit canal commun. La commande des volets s'en trouve également simplifiée. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ci-après plus en détail un mode de réalisation du circuit de refroidissement conforme à l'invention à stockage de chaleur; sur les dessins la figure 1 représente un schéma d'ensemble du circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et des moyens de stockage de chaleur pour ce circuit; la figure 2 représente schématiquement le module de vidange et de remplissage; la figure 3 représente schématiquement le réservoir de stockage de chaleur; les figures 4, 5, 6 et 7 représentent les différentes phases de fonctionnement du module de la figure 2; la figure 8 représente schématiquement un module de vidangeremplissage simplifié. Tel qu'illustré par la figure 1, le circuit de refroidissement par liquide d'un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile comprend, de façon usuelle, en parallèle avec le moteur 1, un radiateur 2 de chauffage d'habitacle, un radiateur de refroidissement 3 avec un thermostat 4, et un vase d'expansion 5 situé en partie haute du circuit. Le circuit comprend par ailleurs une pompe de circulation 6 située en partie basse du circuit, en l'occurence à l'entrée du moteur 1. Pour permettre la vidange du circuit de refroidissement à l'arrêt du moteur 1, en vue du stockage du liquide de refroidissement chaud dans un réservoir isotherme 7, et le remplissage du circuit à partir du réservoir 7 avant démarrage du moteur 1, un module 8 intégrant tous les moyens de vidange et de remplissage est branché dans le circuit de refroidissement, entre la sortie du radiateur 2 et le côté aspiration de la pompe 6. Le module 8 est relié par une conduite 9 à l'orifice d'entrée-sortie de liquide 10 du réservoir 7, qui présente par ailleurs une entrée-sortie de gaz 1 1 reliée par une conduite 12 au vase d'expansion 5. Selon la figure 2, le module 8 comprend une base constituée par exemple par un bloc de matière composite, de forme carrée, renfermant deux chambres 13 et 14 disposées à la manière de deux quadrants opposés. Sur l'une de ses faces, la base comporte, à l'endroit du quadrant correspondant à la chambre 14, l'usinage 15 de la volute d'une pompe électrique non réversible dont le côté aspiration communique avec la chambre 14 par l'orifice 16 central. Le côté refoulement de la pompe communique par un conduit 17 avec un orifice 18 débouchant en position centrale dans la chambre 13. Les deux autres quadrants opposés 19 et 20 de la base du module contiennent, l'un deux conduits 21 et 22 partant respectivement de la chambre 14 et de la chambre 13 pour se rejoindre et sortir de la base du module 8 sous la forme d'un orifice 23 commun, l'autre deux conduits 24 et 25 qui partent également respectivement, l'un de la chambre 14 et l'autre de la chambre 13 et qui débouchent dans un canal 26 comportant deux orifices 27 et 28 et renfermant un obturateur 29 entre le débouché des deux conduits 24 et 25. La chambre 13 contient un volet 30 qui est monté pivotant autour d'un axe situé sensiblement au centre de la base du module 8, de telle manière que le volet 30 puisse occuper deux positions dans l'une desquelles, visible sur les figures 2 et 4, il obture le conduit 25 et dégage le conduit 22 débouchant respectivement dans les deux côtés adjacents intérieurs de la chambre 13, et dans l'autre desquelles, visible sur la figure 5, il dégage le conduit 25 et obture le conduit 22. De façon analogue, la chambre 14 comporte un volet 31 monté pivotant autour d'un axe situé sensiblement au centre de la base du module 8 et mobile entre deux positions dans l'une desquelles, visible sur les figures 2 et 4, il obture le conduit 21 et dégage le conduit 24 débouchant respectivement dans les deux côtés adjacents intérieurs de la chambre 14, et dans l'autre desquelles, visible sur la figure 5, il dégage le conduit 21 et obture le conduit 24. Les deux volets 30 et 31 peuvent être amenés dans l'une des deux positions par deux actionneurs, par exemple deux moteurs pas à pas intégrés au module 8 au centre de ce dernier. Le réservoir de stockage 7 tel qu'illustré par la figure 3, comprend une enceinte 32 isotherme, constituée par exemple par une enveloppe à double paroi, l'espace compris entre les deux parois étant sous vide. De préférence, l'enceinte 32 présente une forme cylindrique, le diamètre et la hauteur du cylindre étant de préférence de dimensions sensiblement voisines, ce qui minimise les pertes thermiques. L'enceinte 32 est munie à sa base d'une ouverture unique obturée par un bouchon isolant 33 traversé par deux passages 34 et 35. Le passage 35 reçoit un tube 36 s'étendant vers le haut jusqu'à proximité de la face supérieure de l'enceinte 32. Le bouchon 33 est équipé d'une vanne 37 du type guillotine avec deux trous 38, 39 qui, en position ouverte de la vanne 37, permettent aux passages 34 et 35 de communiquer avec les orifices 10 et 1 1 reliés, selon la figure 1, respectivement par la conduite 9 au module 8, en l'occurence à l'orifice 23, et par la conduite 12 au vase d'expansion 5, en partie haute de ce dernier. La vanne 37 qui interrompt lesdites communications lorsqu'elle est fermée, est de préférence isolante (à lame d'air ou à super-isolant par exemple). En se référant aux figures 4 à 7, on va décrire ci-après les différentes fonctions du module de vidange et de remplissage selon la figure 2. Vidange du circuit de refroidissement Lors de l'arrêt du moteur 1, en mode vidange, selon la figure 4, le volet 30 dégage le conduit 22 et obture le conduit 25, et le volet 31 dégage le conduit 24 et obture le conduit 21. La vanne 29 dans le canal 26 est ouverte, permettant aux deux orifices 27 et 28 reliés respectivement à la sortie des radiateurs 2, 3 et à l'entrée du moteur 1, de communiquer l'un avec l'autre. La pompe électrique du module 8 étant en marche, le liquide du circuit de refroidissement est véhiculé, comme indiqué par des flèches sur la figure 4, en étant aspiré par les deux orifices 27 et 28 et le conduit 24 dans la chambre 14 et par l'orifice 16 dans la pompe pour être refoulé par le conduit 17 et l'orifice 18 dans la chambre 13 et de là par le conduit 22 et l'orifice 23 relié à la conduite 9 dans le réservoir 7, la vanne 37 de ce dernier étant ouverte. Le gaz (air ou azote) préalablement contenu dans le réservoir 7 se trouve refoulé du réservoir 7 par le tube 36 et la conduite 12 dans le circuit de refroidissement, à travers le vase d'expansion 5. Remplissage du circuit de refroidissement Pour le démarrage du moteur 1, en mode remplissage selon la figure 5, le volet 30 obture le conduit 22 et dégage le conduit 25, et le volet 31 obture le conduit 24 et dégage le conduit 21. La vanne 29 du canal 26 et la vanne 37 du réservoir 7 étant ouvertes, le liquide contenu dans le réservoir 7 est aspiré hors du réservoir par la pompe du module 8, à travers l'orifice 23, le conduit 21, la chambre 14 et l'orifice d'aspiration 16 de la pompe pour être refoulé par le conduit 17, l'orifice 18, la chambre 13, le conduit 25 et de là par les deux orifices 27 et 28 dans le circuit de refroidissement, le liquide retiré du réservoir 7 étant remplacé par du gaz provenant du circuit de refroidissement. Préchauffage Pour le préchauffage du moteur 1 avant démarrage, comme représenté sur la figure 6, à la suite du remplissage du circuit de refroidissement, la vanne 29 est fermée, le volet 30 obture le conduit 22 et dégage le conduit 25 et la vanne 31 obture le conduit 21 et dégage le conduit 24. La pompe du module 8 fait alors circuler le liquide préalablement introduit dans le circuit de refroidissement selon la figure 5, en l'aspirant par l'orifice 27, le conduit 24, la chambre 14 et l'orifice 16 pour le refouler par le conduit 17 et l'orifice 18 dans la chambre 13 et de là par le conduit 25 d'où il revient par l'orifice 28 dans le moteur 1. Le préchauffage consiste donc à véhiculer le liquide en boucle fermée à travers le moteur, avant démarrage de ce dernier. Arrêt du module de vidange et de remplissage A l'arrêt du module 8, selon la figure 7, les deux volets 30 et 31 sont maintenus en position d'obturation des conduits 21 et 22, la pompe du module étant arrêtée et la vanne 29 ouverte, de sorte que le liquide circulant sous l'effet de la pompe 6 du moteur 1 dans le circuit passe directement de l'orifice 27 dans l'orifice 28, sans aucune intervention du module 8. Dans le cas où la fonction préchauffage n'est pas nécessaire, il est possible de simplifier le module de vidange et de remplissage. Un tel module simplifié est illustré par la figure 8, en position de vidange. Une comparaison avec la figure 4 montre que la vanne 29 entre les deux conduits 27 et 28 est supprimée. Par ailleurs, les deux volets 30 et 31 sont couplés et peuvent donc comporter un moteur d'actionnement commun, ce qui simplifie également le pilotage. I1 en résulte un ensemble plus compact et moins coûteux. I1 convient encore de remarquer que, selon la figure 1, un petit tube 40 équipé d'un ajutage 41 est placé entre la partie haute du radiateur 3 et le vase d'expansion 5. Lorsque le moteur 1 est encore froid et le thermostat 4 est fermé, cet ajutage réduit à un minimum le débit d'eau traversant le radiateur, qui provoquerait des pertes thermiques ralentissant la montée en température du moteur. Par contre, compte tenu de sa faible densité, le gaz (air ou azote) peut traverser facilement cet ajutage 41 lors de la vidange et du remplissage du circuit de refroidissement. Comme déjà mentionné, le module 8 de vidange et de remplissage est de préférence installé entre la sortie des radiateurs 2, 3 et le côté aspiration de la pompe 6, elle-même située au niveau le plus bas du circuit de refroidissement, ce qui facilite l'amorçage de la pompe électrique du module 8. Le réservoir de stockage 7 peut être en principe installé à n'importe quel endroit. REVENDICATIONS 1. Circuit de refroidissement à stockage de chaleur pour moteur à combustion interne, comprenant un réservoir de stockage de chaleur et des moyens de vidange et de remplissage du circuit de refroidissement, caractérisé par le fait que les moyens de vidange et de remplissage sont intégrés dans un module (8) regroupant une pompe électrique non réversible, les vannes nécessaires pour les opérations de vidange et de remplissage du circuit de refroidissement et les conduits de liaison entre ces éléments. 2. Circuit suivant la revendication 1,caractérisé par le fait que le module (8) comprend: - deux chambres (13, 14) qui présentent - l'une une communication (18) permanente avec le côté refoulement de la pompe, - l'autre une communication (16) permanente avec le côté aspiration de la pompe, chacune une communication sélective (22, 21) avec le réservoir de stockage (7), et chacune une communication sélective (25, 24) avec le circuit de refroidissement, - deux obturateurs (30, 31) montés dans lesdites deux chambres (13, 14) de manière à être mobiles chacun entre deux positions dans l'une desquelles il obture l'une desdites communications sélectives et établit l'autre, et inversement, et - des moyens d'actionnement des deux obturateurs pour amener ces derniers sélectivement dans l'une et dans l'autre desdites deux positions. 3. Circuit suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le module (8) comprend une base dans laquelle lesdites deux chambres (13, 14) sont disposées à la manière de deux quadrants opposés, les deux autres quadrants opposés contenant des canaux (21, 22, 23; 24, 25) correspondant auxdites communications sélectives avec le réservoir de stockage et avec le circuit de refroidissement et débouchant dans lesdites chambres respectivement dans deux parois adjacentes de ces dernières, et que chaque obturateur est constitué par un volet (30, 31) monté dans une chambre (13, 14) de manière à pivoter autour d'un axe situé sensiblement au centre de la base. 4. Circuit suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les communications permanentes (16, 18) sont constituées par des canaux débouchant dans lesdites chambres (13, 14) de manière à ne pas être affectés par lesdits volets. 5. Circuit suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la communication avec le circuit de refroidissement comprend deux canaux (24, 25) partant respectivement de chacune desdites chambres (14, 13) pour déboucher dans un canal commun (26) ayant deux orifices (27, 28) reliés respectivement à la sortie du radiateur et à l'entrée du moteur. 6. Circuit suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit canal commun (26) comprend, entre les débouchés desdits deux canaux (24, 25), un obturateur (29) pouvant être actionné pour fermer et ouvrir à volonté ledit canal commun. 7. Circuit suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit obturateur est une vanne (29) du type guillotine. 8. Circuit suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les deux volets (30, 31) sont mobiles séparément l'un de l'autre et comprennent chacun un moyen d'actionnement séparé. 9. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que les deux volets (30, 31) sont couplés et comprennent un moyen d'actionnement commun 10. Circuit suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réservoir de stockage de chaleur (7) est constitué par un réservoir isotherme (32) sans séparation interne, à une seule ouverture obturée par un bouchon isotherme (33) traversé par deux passages (34, 35), l'un pour l'entrée et la sortie de liquide, l'autre pour l'entrée et la sortie de gaz.