Brevet FR2781524A1 — publié le 20000128

-1 Organe unitaire de distribution et de régulation d'un fluide de refroidissement en mode diphasique pour un moteur à combustion interne L'invention concerne un organe unitaire de distribution et de régulation d'un fluide de refroidissement en mode diphasique pour un moteur à combustion interne. Essentiellement, les circuits de refroidissement de ce type comprennent un échangeur de chaleur relié à un circuit de fluide comportant une pompe de circulation, un réservoir de remplissage et de dégazage, ainsi qu'un conduit de dérivation ou "bipasse" interposé entre l'entrée et la sortie de l'échangeur et contrôlé par une vanne thermostatique. Le circuit comprend également un autre échangeur de chaleur dit "aérotherme" permettant de céder de la chaleur au dispositif de chauffage-climatisation de l'habitacle du véhicule. Dans un dispositif de refroidissement en mode diphasique, le fluide de refroidissement peut être porté à ébullition au contact du bloc moteur, en quittant alors ce dernier à l'état phase vapeur + phase liquide, et il est ensuite condensé et refroidi avant de retourner, à l'état de phase liquide, vers le bloc moteur. Plus précisément, la phase vapeur du fluide de refroidissement, qui est généralement un mélange d'eau et d'antigel, est condensée dans l'échangeur de chaleur, qui joue donc en outre un rôle de condenseur et qui est situé à la même place que le radiateur de refroidissement d'un circuit de refroidissement de type monophasique (c'est-à-dire dans lequel le fluide de refroidissement est toujours présent en phase liquide). De tels dispositifs de refroidissement en mode diphasique pour moteur à combustion interne sont notamment décrits dans les FR-A-2 674 289 et FRA-2 736 385, tous deux au nom de la demanderesse, et auxquels on pourra se référer pour de plus amples détails sur la structure et le rôle des divers composants individuels et le fonctionnement en mode diphasi- que d'un tel dispositif. L'un des inconvénients des dispositifs de refroidissement en mode diphasique connus réside dans le fait qu'ils nécessitent un grand nombre de composants, des conduits de diamètres différents (adaptés, selon le cas, à la circulation du fluide à l'état de vapeur ou à l'état liquide), ainsi que de nombreux raccords et colliers de serrage pour l'intercon- nexion de ces divers composants et conduits. Il en résulte notamment des risques de fuites du fluide de refroidissement, aussi bien à l'état de vapeur qu'à l'état de liquide. L'un des buts de l'invention est de proposer un organe de régulation et de distribution pour un dispositif de refroi- dissement en mode diphasique, qui soit de structure à la fois compacte et simplifiée, en intégrant une pluralité d'éléments distincts des circuits proposés jusqu'à présent, en limitant davantage encore les interconnexions entre les divers composants et permettant ainsi: - d'offrir une meilleure compacité qu'avec les dispositifs de refroidissement connus, - de permettre une communication directe entre divers composants, - de réduire par voie de conséquence le nombre de conduits de liaison, de raccords et de colliers de serrage, - de minimiser d'autant les risques de fuites, et - de réduire le coût de fabrication du dispositif, et donc de rendre celui-ci compatible avec une production industrielle à grande échelle. L'organe de distribution et de régulation de l'invention comporte une vanne thermostatique et est destiné à être incorporé à un circuit de refroidissement du bloc moteur; il comporte un échangeur de chaleur, une pompe de circulation, un réservoir de remplissage et de dégazage ainsi qu'un conduit de dérivation ou "bipasse" interposé entre l'entrée et la sortie de l'échangeur et contrôlé par ladite vanne thermostatique. Selon l'invention, cet organe comprend, dans un même corps de boîtier: - une vanne thermostatique, - une première entrée de fluide, raccordable à une sortie de fluide de refroidissement du bloc moteur, - une première sortie de fluide, raccordable à une entrée de fluide de l'échangeur de chaleur, la première entrée et la première sortie étant directement mises en communication de fluide à l'intérieur du boîtier, - une deuxième entrée de fluide, raccordable à une sortie de fluide de l'échangeur de chaleur, et une deuxième sortie de fluide, raccordable à une entrée de fluide de la pompe de circulation, la deuxième sortie étant mise sélectivement et en proportions respectives variables en communication de fluide avec la première entrée et la deuxième entrée par l'intermédiaire de la vanne thermostatique. Dans l'invention, la vanne thermostatique est de préférence une vanne à trois voies. Le corps de boîtier peut en outre comprendre: - une troisième entrée de fluide, raccordable à une sortie de fluide du réservoir de remplissage et de dégazage, cette troisième entrée et la deuxième sortie étant directe- ment mises en communication de fluide à l'intérieur du boîtier. De préférence, le corps de boîtier est apte à être monté attenant au bloc moteur. Dans ce cas, avantageusement, la première entrée de fluide communique directement avec la sortie de fluide de refroidissement du bloc moteur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation ci- dessous, faite en référence aux dessins annexés. La figure 1 est un schéma de principe du circuit d'un dispositif de refroidissement en mode diphasique pour moteur à combustion interne, selon l'art antérieur, La figure 2 est une vue en coupe, en élévation, de l'organe de distribution et de régulation selon l'invention. La figure 3 est homologue de la figure 1, pour un circuit équipé de l'organe de distribution et de régulation selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un circuit de refroidisse- ment de type diphasique classique pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. La référence 10 désigne un moteur à combustion interne dont le refroidissement est assuré par un fluide, par exemple un mélange eau/antigel à 50/50 %, qui pénètre en phase liquide par une entrée 12 du bloc moteur. Au sein du bloc moteur, ce fluide est réchauffé et peut être porté à ébullition aux fortes charges, généralement à une température comprise entre et 120 C, pour former une masse de fluide en phase vapeur. Le fluide de refroidissement en phase liquide (refroidisse- ment monophasique, aux charges faibles et moyennes) ou le mélange phase vapeur + phase liquide (refroidissement diphasique, aux fortes charges) quitte le bloc moteur par une sortie 14 pour être acheminé par un conduit 16 jusqu'à un raccord 18 de dérivation, puis par un conduit 20 jusqu'à un échangeur thermique 22. Cet échangeur thermique 22 fait également fonction de condenseur, et il est associé à un ventilateur 24 entraîné par un moteur électrique (pour le refroidissement par convection forcée) ainsi que, éventuellement, à un obturateur 26. Le fluide sort par un conduit 28. Une partie du fluide traversant l'échangeur 22 peut être dérivée par un conduit 30 formant bipasse, en prélevant au point 18 une partie du fluide de refroidissement se dirigeant vers l'échangeur 22. L'équilibrage entre le flux traversant l'échangeur 22 et le flux dérivé par le bipasse 30 est régulé par une vanne thermostatique 32, o le flux sortant de l'échangeur est mélangé avec celui dérivé par le bipasse, le thermostat répartissant les proportions des deux débits correspondants pour avoir une température de sortie régulée. En sortie de la vanne thermostatique 32, le fluide est dirigé par les conduits 34 et 36 vers l'entrée d'une pompe de circulation 38, généralement une pompe électrique dont le débit est indépendant du régime moteur. En sortie de pompe, le fluide est dirigé par un conduit 40 vers un "aérotherme" 42, qui est un échangeur thermique permettant de céder de la chaleur pour le chauffage de l'habitacle du véhicule automobile. L'intégralité du débit traverse l'aérotherme 42, en sortie duquel la majeure partie est retournée vers le bloc moteur par le conduit 44 relié à l'entrée 12 du fluide de refroidissement, tandis qu'une faible partie de ce débit est prélevée en 46 pour être dirigée par le conduit 48 vers un vase d'expansion et de dégazage 50. Le fluide traversant le vase d'expansion 50 est renvoyé vers le circuit principal par le conduit 52 jusqu'au point 54 en amont de la pompe 38. Ce vase d'expansion 40 permet notamment d'absorber l'expan- sion due à la vapeur lors de l'ébullition nucléée. Comme on peut le constater, ce circuit connu implique un nombre important de liaisons et d'interconnexions pour la réalisation du circuit de fluide, avec un accroissement corrélatif du coût de réalisation ainsi que du risque de fuites. La présente invention présente un organe original utilisable avec un tel circuit, permettant de réunir plusieurs éléments, notamment de connectique, en un seul module. Cet organe unitaire est illustré figure 2, et son raccorde- ment aux divers éléments du circuit est représenté sur la figure 3, o les éléments déjà décrits à propos de la figure 1 et non modifiés portent les mêmes références numériques que sur cette figure 1. L'organe 60 de l'invention est avantageusement prévu pour être monté attenant au bloc moteur 10, directement sur la sortie de fluide de refroidissement de celui-ci (c'est-à-dire à l'endroit o était auparavant raccordé le conduit 14, dans la configuration conventionnelle illustrée figure 1). Cet organe a pour but d'intégrer diverses connectiques avec le bloc moteur, le vase d'expansion, la pompe et les conduits de dérivation, en réduisant de façon importante l'utilisation de conduits de types différents (tenant compte des deux phases possibles liquide/vapeur du fluide de refroidissement) ainsi qu'un grand nombre de raccords et de colliers de serrage pour la réalisation du circuit, avec les inconvé- nients corrélatifs qui ont été évoqués plus haut. L'organe 60 selon l'invention est réalisé à partir d'un corps 62 comportant une première entrée de fluide 64 reliée à la sortie de fluide de refroidissement du bloc moteur. L'organe 60 comporte une deuxième entrée de fluide 66, reliée au conduit 52 de retour au vase d'expansion 50 (figure 3). Une troisième entrée de fluide 68 est reliée au conduit 28 de sortie de l'échangeur thermique 22. L'organe 60 comporte deux sorties de fluide, à savoir une sortie 70 reliée au conduit 36 renvoyant le fluide vers la pompe de circulation 38, et une deuxième sortie 72 reliée au conduit 20 d'alimentation de l'échangeur thermique 22. Ces différentes entrées et sorties sont reliées entre elles de la manière suivante. L'entrée 64 forme une chambre qui communique directement avec la sortie 72 pour diriger la majeure partie du fluide vers l'échangeur thermique 22 qui permettra la condensation et le refroidissement. Cette chambre 64 est par ailleurs mise en communication de fluide avec un canal 76 permettant de prélever sur le débit de fluide en sortie du bloc moteur une proportion variable dérivée vers la sortie 70 via une vanne thermostatique 78 placée dans une chambre 80 du corps 62. L'élément thermostatique 78 est une vanne thermostatique à trois voies opérant de manière en elle-même classique: dans la phase de démarrage o la température du fluide, telle que détectée par cette vanne, est inférieure à un seuil donné, cette vanne occupe la position illustrée sur la figure, c'est-à-dire qu'elle met en communication le canal 76 avec une chambre 82, elle-même en communication avec la sortie 70 de retour vers la pompe, par ouverture d'un clapet 84. Lorsque la température augmente et dépasse le seuil en question, le clapet 84 se déplace contre le siège 86, fermant ainsi progressivement le canal de dérivation 76 et accrois- sant la proportion du débit de fluide en sortie du bloc moteur allant vers l'échangeur thermique 22 via la sortie 72 et le conduit 20. On notera que l'organe 60 assure, par l'entrée de fluide 66 elle-même raccordée via le conduit 52 au vase d'expansion 50, une liaison de retour vers la pompe de circulation 38 via la sortie de fluide 70 et le conduit 36 (l'entrée 66 débouchant dans le canal 82). Lorsque la température augmente, la vanne ouvre également l'admission de fluide par l'entrée 68 reliée via le conduit 28 à la sortie de l'échangeur thermique 22, pour permettre le renvoi du fluide sortant de cet échangeur thermique vers la pompe de circulation 38, la vanne mettant alors en communi- cation de fluide cette entrée 68 avec le canal 82 et par voie de conséquence la sortie 70 reliée au conduit 36 d'alimenta- tion de la pompe. Comme on peut le constater, si l'on compare les configura- tions des figures 1 et 3, respectivement pour un circuit selon l'art antérieur et un circuit selon l'invention, l'organe unitaire selon l'invention permet d'intégrer autour de la vanne thermostatique 32 en un seul et même bloc les conduits 16, 30 et 34 ainsi que les dérivations 18 et 54, c'est-à-dire, en d'autres termes, d'intégrer au bloc thermos- tatique toutes les connectiques avec le bloc moteur, le vase d'expansion, la pompe, l'échangeur thermique et son bipasse. Revendications 1. Organe unitaire de distribution et de régulation d'un fluide de refroidissement en mode diphasique pour un moteur à combustion interne, cet organe comportant une vanne thermostatique et étant destiné à être incorporé à un circuit de refroidissement du bloc moteur et comportant un échangeur de chaleur (22), une pompe de circulation (38), un réservoir de remplissage et de dégazage (50) ainsi qu'un conduit de dérivation ou "bipasse" interposé entre l'entrée et la sortie de l'échangeur et contrôlé par ladite vanne thermostatique, organe (60) caractérisé en ce qu'il comprend, dans un même corps de boîtier: - une vanne thermostatique (78), - une première entrée de fluide (64), raccordable à une sortie de fluide de refroidissement du bloc moteur, - une première sortie de fluide (72), raccordable à une entrée de fluide (20) de l'échangeur de chaleur, la première entrée (64) et la première sortie (72) étant directement mises en communication de fluide à l'intérieur du boîtier, - une deuxième entrée de fluide (68), raccordable à une sortie de fluide (28) de l'échangeur de chaleur, et - une deuxième sortie de fluide (70), raccordable à une entrée de fluide (36) de la pompe de circulation, la deuxième sortie (70) étant mise sélectivement et en proportions respectives variables en communication de fluide avec la première entrée (64) et la deuxième entrée (68) par l'intermédiaire de la vanne thermostatique (78). 2. Organe unitaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (78) est une vanne à trois voies. 3. Organe unitaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps de boîtier comprend en outre: - une troisième entrée de fluide (66), raccordable à une sortie de fluide (52) du réservoir de remplissage et de dégazage, cette troisième entrée (66) et la deuxième sortie (70) étant directement mis en communication de fluide à l'intérieur du boîtier. 4. Organe unitaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps de boîtier est apte à être monté attenant au bloc moteur. 5. Organe unitaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lorsque le corps de boîtier est monté sur le bloc moteur, la première entrée de fluide (64) communique directe- ment avec la sortie de fluide de refroidissement du bloc moteur.