Brevet FR2776707A1 — publié le 19991001

La présente invention a pour objet un système de gestion des échanges thermiques dans un véhicule automobile. Le bon fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile nécessite un système de re- froidissement performant, notamment pour diminuer la consom- mation de carburant et les émissions de polluants. A cet effet, le moteur à combustion interne com- porte un circuit en boucle fermée de circulation d'un fluide de refroidissement qui est muni en série d'une pompe d'en- traînement du fluide et d'un radiateur d'échange thermique dimensionné en fonction de l'échange thermique à réaliser pour obtenir un refroidissement efficace du moteur. Pour améliorer le fonctionnement du moteur, le circuit de refroidissement peut également comporter, en pa- rallèle avec le radiateur, un échangeur-fluide de refroidis- sement-huile, relié au circuit de lubrification du moteur. Il est également connu de disposer, en parallèle avec le radiateur et l'échangeur, un aérotherme permettant de chauffer l'habitacle du véhicule. Le système comporte aussi des moyens d'orienta- tion du fluide de refroidissement dans les circuits corres- pondants. Mais, avec les systèmes utilisés jusqu'à pré- sent, l'accroissement des performances de refroidissement du moteur se fait le plus souvent au détriment du chauffage de l'habitacle et de ce fait du confort des passagers. L'invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients en proposant un système de gestion optimisé des échanges thermiques de façon à assurer une montée en tempé- rature rapide du moteur, ce qui diminue la consommation de carburant et les émissions de polluants, tout en assurant le plus rapidement possible le chauffage de l'habitacle du vé- hicule. L'invention a pour objet un système de gestion des échanges thermiques dans un véhicule automobiles, du type comprenant: - un circuit en boucle fermée de circulation d'un fluide de refroidissement d'un moteur à combustion in- terne et comportant en série une pompe d'entraînement du fluide de refroidissement et un radiateur d'échange thermi- que, - en parallèle avec ledit radiateur, un premier circuit de dérivation muni d'un échangeur-fluide de refroi- dissement-huile, relié au circuit de lubrification dudit mo- teur et un second circuit de dérivation muni d'un aérotherme d'un système de chauffage de l'habitacle du véhicule, - et des moyens d'orientation du fluide de re- froidissement dans lesdits circuits, caractérisé en ce que les moyens d'orientation du fluide de refroidissement sont formés par une vanne comportant notam- ment une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur à combustion interne pen- dant un temps déterminé pour assurer une montée rapide en température dudit moteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la vanne comporte également une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le radiateur et l'échangeur et d'ouverture de la circu- lation du fluide dans le moteur et l'aérotherme, une posi- tion de fermeture de la circulation du fluide dans le radia- teur et d'ouverture de la circulation de ce fluide dans le moteur, l'échangeur et l'aérotherme et des positions inter- médiaires de circulation de ce fluide dans lesdits circuits, - la vanne est une vanne à actionneur linéaire et comportant une voie d'entrée du fluide de refroidissement provenant du moteur et trois voies de sortie dudit fluide de refroidissement respectivement vers le radiateur, l'échan- geur et l'aérotherme, - la vanne est pilotée par un calculateur en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur et du système de commande du chauffage de l'habitacle. L'invention a également pour objet un système de gestion des échanges thermiques dans un véhicule automobile, du type comprenant un circuit en boucle fermée de circula- tion d'un fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne et comportant en série une pompe d'entraînement du fluide de refroidissement et un radiateur d'échange thermi- que, - en parallèle avec ledit radiateur, un premier circuit de dérivation muni d'un échangeur-fluide de refroi- dissement-huile, relié au circuit de lubrification dudit mo- teur et un second circuit de dérivation muni d'un aérotherme d'un système de chauffage de l'habitacle du véhicule, - et des moyens d'orientation du fluide de re- froidissement dans lesdits circuits, caractérisé en ce que les moyens d'orientation du fluide de refroidissement sont formés par une vanne pilotée par un calculateur en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur et du système de commande du chauffage de l'habita- cle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la vanne comporte notamment une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur à combustion interne pendant un temps déter- miné pour assurer une montée rapide en température dudit mo- teur, - la vanne comporte également une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le radiateur et l'échangeur et d'ouverture de la circu- lation du fluide dans le moteur et l'aérotherme, une posi- tion de fermeture de la circulation du fluide dans le radia- teur et d'ouverture de la circulation de ce fluide dans le moteur, l'échangeur et l'aérotherme et des positions inter- médiaires de circulation de ce fluide dans les circuits, - la vanne est une vanne à actionneur linéaire et comportant une voie d'entrée du fluide de refroidissement provenant du moteur et trois voies de sortie dudit fluide de refroidissement respectivement vers le radiateur, l'échan- geur et l'aérotherme. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exem- ple et faite en se référant aux dessins annexés, sur les- quels: - la Fig.l est une vue schématique d'un système de gestion des échanges thermiques, conforme à l'invention, dans un véhicule automobile, - les Figs. 2A à 2C sont des vues schématiques en coupe montrant les différentes positions des moyens d'orientation du fluide de refroidissement dans les circuits du système de gestion conforme à l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement un système de gestion des échanges thermiques dans un véhi- cule automobile et qui comprend un circuit 1 en boucle fer- mée de circulation d'un fluide de refroidissement d'un mo- teur à combustion interne désigné dans son ensemble par la référence 2 et comportant, de manière classique, un bloc cy- lindre 2a et une culasse 2b. Le circuit 1 comporte également, en série, une pompe 3 d'entraînement du fluide de refroidissement et un radiateur d'échange thermique 4. Ainsi, le fluide de refroidissement constitué par exemple par de l'eau est entraîné par la pompe 3 et cir- cule autour des parties chaudes du bloc cylindre 2a et de la culasse 2b. Le fluide de refroidissement se charge en calo- ries et il est ensuite refroidi dans le radiateur 4 o il échange ces calories avec l'air ambiant, avant de retourner au moteur 2. De plus, le système de gestion des échanges thermiques comporte, en parallèle avec le radiateur 4, d'une part, un premier circuit de dérivation 5 muni d'un échangeur 6-fluide de refroidissement-huile, relié au circuit de lu- brification, non représenté, du moteur 2 et, d'autre part, un second circuit de dérivation 7 muni d'un aérotherme 8 d'un système de chauffage de l'habitacle du véhicule. L'échangeur 6 permet, au démarrage du moteur 2, d'accélérer la montée en température de l'huile utilisée pour lubrifier ce moteur et ensuite de réguler cette tempé- rature. Enfin, le système de gestion des échanges ther- miques comporte des moyens 10 d'orientation du fluide de re- froidissement dans les circuits 1, 5 et/ou 7. Les moyens d'orientation du fluide de refroidis- sement sont formés par une vanne 10 qui comporte une voie d'entrée 11 du fluide de refroidissement provenant du moteur 2 et trois voies de sortie 12, 13 et 14 dudit fluide de re- froidissement respectivement vers le radiateur 4, l'échan- geur 6 et l'aérotherme 8. La vanne 10 est de préférence constituée par une vanne comportant un actionneur linéaire 20 dont les déplace- ments sont assurés par un organe de commande 15 formé par exemple par un électroaimant ou tout autre dispositif appro- prié. L'actionneur linéaire 20 comporte un premier or- gane d'obturation 21 dont la face avant forme un premier clapet 21a destiné à coopérer avec un siège de clapet lla ménagé sur la voie d'entrée 11 du fluide de refroidissement provenant du moteur 2 et dont la face arrière forme un se- cond clapet 21b destiné à coopérer avec un siège de clapet 13a obturant le passage du fluide de refroidissement dans le radiateur 4 et dans l'échangeur 6. De plus, l'actionneur linéaire 20 porte un se- cond organe d'obturation 22 formant un troisième clapet des- tiné à coopérer avec un siège de clapet 14a d'obturation de la circulation du fluide de refroidissement dans le radia- teur 4. Le troisième clapet 22 est monté déplaçable en translation sur la tige de l'actionneur linéaire 20 et est maintenu en appui contre une butée 23 par un organe élasti- que 24, comme par exemple un ressort de compression. Ainsi que représenté à la Fig. 2A, la vanne 10 comporte une position de fermeture par application du pre- mier clapet 21a sur le siège de clapet l1a qui empêche la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur à combustion interne 2 pendant un temps déterminé pour assurer une montée rapide en température dudit moteur 2. Comme représenté à la Fig. 2B, la vanne 10 com- porte également une position de fermeture par application du second clapet 21b sur le siège de clapet 13a qui empêche la circulation du fluide de refroidissement dans le radiateur 4 et l'échangeur 6 et permet la circulation de ce fluide dans le moteur 2 et l'aérotherme 8. La vanne 10 comporte aussi, comme représenté à la Fig. 2C, une position de fermeture par application du troisième clapet 22 sur le siège de clapet 14a qui empêche la circulation du fluide de refroidissement dans le radia- teur 4 et permet la circulation de ce fluide dans le moteur 2, l'échangeur 6 et l'aérotherme 8. Dans la position médiane de la vanne 10, repré- sentée à la Fig. 1, le fluide de refroidissement circule dans tous les circuits 1, 5 et 7. Entre ces différentes positions, la vanne 10 peut prendre toute une gamme de positions intermédiaires de façon à augmenter ou à diminuer sélectivement le débit du fluide de refroidissement dans l'un des circuits 1, 5 et 7. Selon un mode de réalisation préférentiel repré- senté à la Fig. 1, la vanne 10 est pilotée par un calcula- teur 30 qui agit sur l'organe de commande 15 de cette vanne 10. Le calculateur 30 contrôle le fonctionnement du moteur 2 et dispose des informations représentatives de ce fonctionnement comme par exemple le régime du moteur, la charge, la température des gaz à l'admission, la température du fluide de refroidissement, la temperature de l'huile. A cet effet, le calculateur 30 reçoit les diffé- rentes informations à partir de capteurs 31 disposés par exemple dans la culasse 2b du moteur à combustion interne 2, et les circuits 5 et 7. La connaissance des autres paramè- tres, comme par exemple la température du fluide de refroi- dissement dans le bloc cylindre 2a, peut être acquise au travers de modèles de fonctionnement du moteur, intégrés dans le calculateur de pilotage. Le calculateur 30 reçoit également des informa- tions fournies par le système 32 de commande du chauffage de l'habitacle, notamment le niveau de chauffage et/ou diffé- rentes fonctions comme par exemple le désembuage des vitres, demandé par les utilisateurs, ainsi que par la température externe détectée par une sonde 33. En fonction de ces différents paramètres, le calculateur détermine la position de la vanne 10. Au démarrage du moteur à combustion interne 2 lorsque la température du fluide de refroidissement de ce moteur est supérieure ou égale à 20 C et en l'absence de de- mande de chauffage de l'habitacle ou de désembuage des vi- tres du véhicule automobile, la vanne 10 est amenée dans sa position dans laquelle le premier clapet 21a est appliqué contre le siège du clapet l1a de telle manière que la voie d'entrée 11 est obturée (Fig. 2A). Ainsi, il n'y a aucune circulation d'eau dans le circuit. L'échauffement du moteur 2 n'est donc pas entra- vé et les pertes thermiques sont réduites ce qui diminue la consommation de carburant et les émissions de polluants. Toujours en phase de démarrage ou en fonctionne- ment à faible régime du moteur 2 pour répondre à une demande de chauffage de l'habitacle, l'actionneur linéaire 20 de la vanne 10 est déplacé de façon à amener le second clapet 21b contre le siège de clapet 13a afin de permettre la circula- tion du fluide de refroidissement uniquement dans l'aéro- therme 8, comme représenté à la Fig. 2B. Cette ouverture est également fonction de la température externe et de la température du moteur 2. En effet, plus la température externe est basse, moins le moteur 2 nécessite de refroidissement, il est donc possible de donner la priorité au chauffage de l'habitacle en ouvrant plus largement le circuit 7 de l'aérotherme 8 jusqu'à l'interdiction de circulation du fluide de refroi- dissement dans le circuit 1 du radiateur 4 et dans le cir- cuit 5 de l'échangeur 6. Quand la température du moteur 2 atteint une température suffisante, par exemple, environ 60 C et que le moteur commence à fonctionner normalement, le chauffage de l'huile devient prioritaire en cas de demande de chauffage de l'habitacle faible ou moyen. Dans ce cas, l'actionneur linéaire 20 de la vanne 10 est déplacé de façon que le troisième clapet 22 vienne s'appliquer sur le siège du clapet 14a et interdise la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit 1 du radiateur 4, (Fig. 2C), mais laisse ouvert le circuit de l'échangeur 6 en plus du circuit 7 de l'aérotherme 8. Lorsque le moteur atteint son seuil d'échauffe- ment normal, l'actionneur linéaire 20 de la vanne 10 est mis en position intermédiaire (Fig.l) dans laquelle le fluide de refroidissement circule dans tous les circuits y compris le circuit 1 du radiateur 4 de façon à évacuer les calories supplémentaires. La régulation de la température du moteur 2 est assurée par la variation de la section de passage vers le radiateur 4. Le système de gestion a été décrit en référence à un moteur à combustion interne à allumage commandé. Ce système de gestion peut également être uti- lisé avec un moteur Diesel. Dans ce cas, il suffit de modifier en conse- quence, la gestion de la vanne 10. Par exemple, la température de l'huile s'élève plus vite dans ce type de moteur. Il est donc intéressant de démarrer dans la po- sition de la vanne 10 autorisant la circulation du fluide de refroidissement dans l'échangeur 6 afin d'amener des calo- ries supplémentaires dans le circuit du moteur 2. Le système de gestion des échanges thermiques selon l'invention permet d'assurer une montée en température rapide du moteur ce qui diminue la consommation de carburant et les émissions de polluants, tout en assurant le plus ra- pidement possible le chauffage de l'habitacle du véhicule automobile.5 REVENDICATIONS 1. Système de gestion des échanges thermiques dans un véhicule automobile, du type comprenant: - un circuit (1) en boucle fermée de circulation d'un fluide de refroidissement d'un moteur (2) à combustion interne et comportant en série une pompe (3) d'entraînement du fluide de refroidissement et un radiateur (4) d'échange thermique, - en parallèle avec ledit radiateur (4), un pre- mier circuit de dérivation (5) muni d'un échangeur (6)- fluide de refroidissement-huile, relié au circuit de lubri- fication dudit moteur (2) et un second circuit de dérivation (7) muni d'un aérotherme (8) d'un système de chauffage de l'habitacle du véhicule, - et des moyens (10) d'orientation du fluide de refroidissement dans lesdits circuits, caractérisé en ce que les moyens d'orientation du fluide de refroidissement sont formés par une vanne (10) comportant notamment une positon de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur à combustion in- terne (2) pendant un temps déterminé pour assurer une montée rapide en température dudit moteur (2). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne (10) comporte également une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le radiateur (4) et l'échangeur (6) et d'ouverture de la circulation du fluide dans le moteur (2) et l'aérotherme (8), une position de fermeture de la circulation du fluide dans le radiateur (4) et d'ouverture de la circulation de ce fluide dans le moteur (2), l'échangeur (6) et l'aérotherme (8) et des positions intermédiaires de circulation de ce fluide dans les circuits (1, 5, 7) 3. Système selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la vanne (10) est une vanne à actionneur linéaire (20) et comportant une voie d'entrée (11) du fluide de refroidissement provenant du moteur (2) et trois voies de sortie (12, 13, 14) dudit fluide de refroidissement respec- tivement vers le radiateur (4), l'échangeur (6) et l'aéro- therme (8). 4. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne (10) est pilotée par un calculateur (30) en fonction des paramètres de fonc- tionnement du moteur (2) et du système de commande du chauf- fage de l'habitacle. 5. Système de gestion des échanges thermiques dans un véhicule automobile, du type comprenant: - un circuit (1) en boucle fermée de circulation d'un fluide de refroidissement d'un moteur (2) à combustion interne et comportant en série une pompe (3) d'entraînement du fluide de refroidissement et un radiateur (4) d'échange thermique, - en parallèle avec ledit radiateur (4), un pre- mier circuit de dérivation (5) muni d'un échangeur (6)- fluide de refroidissement-huile, relié au circuit de lubri- fication dudit moteur (2) et un second circuit de dérivation (7) muni d'un aérotherme (8) d'un système de chauffage de l'habitacle du véhicule, - et des moyens (10) d'orientation du fluide de refroidissement dans les circuits, caractérisé en ce que les moyens d'orientation du fluide de refroidissement sont formés par une vanne (10) pilotée par un calculateur (30) en fonction des paramètres de fonction- nement du moteur (2) et du système de commande du chauffage de l'habitacle. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne (10) comporte notamment une position de fermeture de la circulation du fluide de refroidissement dans le moteur à combustion interne (2) pendant un temps dé- terminé pour assurer une montée rapide en température dudit moteur (2). 7. Système selon la revendication 5 ou 6, carac- térisé en ce que la vanne (10) comporte également une posi- tion de fermeture de la circulation du fluide de refroidis- sement dans le radiateur (4) et l'échangeur (6) et d'ouver- ture de la circulation du fluide dans le moteur (2) et l'aé- rotherme (8), une position de fermeture de circulation du fluide dans le radiateur (4) et d'ouverture de la circula- tion de ce fluide dans le moteur (2), l'échangeur (6) et l'aérotherme (8) et des positions intermédiaires de circula- tion de ce fluide dans les circuits (1, 5, 7). 8. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 7, caractérisé en ce que la vanne (10) est une vanne à actionneur linéaire (20) et comportant une voie d'entrée (11) du fluide de refroidissement provenant du mo- teur (2) et trois voies de sortie (12, 13, 14) dudit fluide de refroidissement respectivement vers le radiateur (4), l'échangeur (6) et l'aérotherme (8).