Brevet FR2800016A1 — publié le 20010427

Dispositif de refroidissement à régulation optimisée pour un moteur thermique de véhicule automobile L'invention se rapporte au refroidissement des moteurs thermiques des véhicules automobiles. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de refroi dissement comprenant un circuit de fluide couplé à une pompe de circulation de fluide et composé d'une branche de refroi dissement contenant un radiateur pour le refroidissement du moteur et d'une branche de chauffage contenant un radiateur pour le chauffage de l'habitacle, ce radiateur de chauffage étant alimenté par un conduit de sortie provenant du moteur. Dans les dispositifs connus de ce type, le circuit de refroidissement est parcouru par un fluide, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, sous l'action d'une pompe à fluide (appelée aussi "pompe à eau"), qui est couplée mécaniquement au moteur thermique. I1 en résulte que le débit du fluide de refroidissement dans le circuit dépend directe ment du régime de rotation du moteur. La branche de refroidissement comprend habituellement un conduit principal dans lequel est placé le radiateur de refroidissement, un conduit de dérivation et une vanne thermostatique contrôlant circulation du fluide dans ces deux conduits. Par contre, la branche de chauffage comprend un seul conduit dans lequel est placé le radiateur de chauffage. Celui-ci est traversé par un flux d'air, sous l'action d'un pulseur, pour produire un flux d'air chaud qui est envoyé dans l'habitacle du véhicule. Compte tenu du fait que le debit de la pompe à fluide est lié directement au régime du moteur, il en résulte différents inconvénients. Ainsi, au ralenti du moteur et à faible vitesse du véhicule, le débit du fluide de refroidissement est faible et la performance du chauffage de l'habitacle est médiocre. Par ailleurs, lors du démarrage à froid et à faible vitesse du véhicule, et en cas de fonctionnement été par exemple (lorsqu'il n'y a pas de demande de chauffage), le débit du fluide refroidissement dans le moteur trop élevé. Lorsque moteur est à pleine charge, par exemple lorsque le véhicule roule en montagne, le débit du fluide de refroidis sement souvent insuffisant. I1 apparait donc que le débit du fluide refroidissement n'est pas optimisé. Une solution serait de disposer d'une pompe électrique sur la branche chauffage pour augmenter le debit du fluide de refroidissement dans cette branche. Toutefois une telle solution nécessite des équipements supplémentaires et est donc couteuse. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé nients précités. Elle vise en particulier à procurer un dispositif de refroi dissement à régulation optimisée, qui permet de mieux réguler la température du fluide de refroidissement en vue d'assurer à la fois un meilleur refroidissement du moteur et un meilleur chauffage de l'habitacle. L'invention propose à cet effet un dispositif de refroidisse ment du type défini en introduction, dans lequel la branche de chauffage comprend un conduit de dérivation qui contourne le moteur et qui relie le côté refoulement de la pompe au conduit de sortie, et qui comprend en outre des moyens de sélection disposés à l'intersection du conduit de dérivation et du conduit de sortie et propres à être placés dans au moins trois positions différentes - une position de fermeture dans laquelle le radiateur de chauffage n'est pas alimenté en fluide ; - une position d'ouverture partielle dans laquelle le radiateur de chauffage est alimenté en fluide uniquement par 1e conduit de sortie ; et - une position d'ouverture totale dans laquelle le radiateur de chauffage est alimenté en fluide conjointement par le conduit de sortie et par le conduit de dérivation. Ainsi, on dispose d'une régulation sur la branche de chauf fage par l'addition d'un conduit de dérivation et de moyens de sélection qui sont propres être placés dans des posi tions différentes. Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend en outre des moyens de commande propres à placer les moyens de sélection dans la position de fermeture pour un mode sans chauffage, dans lequel le fluide circule alors seulement dans la branche de refroidissement, ou bien dans la position d'ouverture partielle ou totale dans un mode chauffage, dans lequel le fluide circule dans branche de refroidissement et dans la branche de chauffage. Dans une forme de réalisation de l'invention, les moyens de sélection sont placés dans la position d'ouverture totale ou dans la position d'ouverture partielle selon que la tempéra ture du fluide est inférieure ou respectivement supérieure à une température de consigne. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens de sélection comprennent trois voies susceptibles d'être obturées sélectivement : une première voie raccordée au conduit de dérivation, une deuxième voie raccordée au radiateur de chauffage, et une troisième voie raccordée au conduit de sortie. De préférence, ces moyens de sélection comprennent une vanne trois voies avec deux entrées correspondant respectivement à la première voie et à la troisième voie, et une sortie correspondant à la deuxième voie. Cependant, il est possible de remplacer cette vanne à trois voies par trois vannes à une voie. La vanne à trois voies précitée est avantageusement choisie parmi une vanne à commande électrique, une vanne à commande pneumatique et une vanne à commande thermostatique. Dans le dispositif de l'invention, la branche de refroidis ment comprend avantageusement un conduit principal contenant le radiateur de refroidissement, un conduit de dérivation contenant un vase d'expansion et une vanne thermostatique pour faire circuler le fluide dans le conduit principal et/ou dans le conduit de dérivation en fonction de la température du fluide. Dans une première variante, la vanne thermostatique est une vanne à trois voies placée sur la branche de refroidissement en sortie du moteur. Dans une autre variante, la vanne thermostatique est une vanne à quatre voies, placée sur la branche de refroidisse ment en entrée du moteur et raccordée en outre à un conduit de refroidissement d'huile contenant un radiateur d'huile. Dans ce cas, cette vanne thermostatique comprend avantageuse ment une entrée raccordée à la branche de refroidissement, une entrée raccordée à la branche de chauffage, une entrée raccordée au conduit de refroidissement d'huile et une sortie raccordée à la pompe à fluide placée à l'entrée du moteur. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de refroidisse ment selon une première forme de réalisation de l'invention et comprenant une vanne à trois voies ; - les figures 2 à 4 montrent les états respectifs de la vanne à trois voies pour trois modes de fonctionnement différents ; - les figures 5 à 8 montrent différents états d'une vanne à trois voies du type à commande thermostatique, pour diffé rents modes de fonctionnement ; - la figure 9 est un schéma d'un dispositif de refroidisse ment selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, qui comprend en outre une vanne thermostatique à quatre voies placée en entrée du moteur ; et - les figures 10 à 12 montrent différentes positions de la vanne à quatre voies pour des modes de fonctionnement différents du dispositif. Le dispositif représenté à la figure 1 est conçu pour assurer le refroidissement d'un moteur thermique M d'un véhicule automobile. Ce dispositif comprend un circuit parcouru par un fluide de refroidissement, qui est avantageusement de l'eau additionnée d'un antigel, par exemple du glycol. Ce circuit se compose essentiellement d'une branche de refroidissement 10 contenant un radiateur de refroidissement 12 et d'une branche de chauffage 14 contenant un radiateur de chauffage 16, encore appelé "aérotherme". La circulation du fluide dans les deux branches 10 et 14 est assurée par une pompe à fluide 18, encore appelée pompe à eau, placée à l'entrée du moteur. I1 s'agit ici d'une pompe mécanique entraînée par le moteur, et dont le régime de rotation dépend de celui du moteur. La branche de refroidissement 10 est réalisée de manière classique. Elle comprend un conduit principal 20 qui contient le radiateur de refroidissement 12 et un conduit de dériva tion 22 contenant un vase d'expansion 24, ainsi qu'une vanne thermostatique 26 placée en sortie du moteur et à l'intersec tion du conduit principal 20 et du conduit de dérivation 22. Cette vanne thermostatique fonctionne de telle sorte que lorsque la température du fluide de refroidissement est inférieure à un certain seuil, ce fluide passe par le conduit de dérivation 22 sans traverser le radiateur de refroidisse ment 12 et que, lorsque cette température dépasse le seuil précité, le fluide de refroidissement passe par le conduit principal 20 et par le radiateur de refroidissement, ainsi qu'à un moindre débit dans le conduit 22 et le vase d'expan sion 24 pour assurer le dégazage du circuit Au radiateur de refroidissement 12 est associé un groupe moto-ventilateur 28 propre à accélérer le flux d'air qui traverse radiateur. Il en résulte que la branche de refroidissement comporte une régulation qui lui est propre et qui est connue en soi. Conformément à l'invention, la branche chauffage 14 comprend un conduit de sortie 30 issu du moteur M et condui sant à l'aérotherme 16. I1 est prévu en outre un conduit de dérivation 32 qui contourne le moteur et qui relie le côté refoulement de la pompe 18 à ce conduit de sortie 30. L'intersection des deux conduits 30 et 32 se situe ainsi entre la sortie du moteur et le radiateur de chauffage 16. A cette intersection sont disposés des moyens de sélection 34, lesquels sont actionnés par des moyens de commande 36. Ces moyens de sélection comprennent, dans l'exemple, une vanne à trois voies susceptible d'être obturée sélectivement. Ces voies comprennent une première voie V1 raccordée au conduit dérivation 32, une deuxième voie V2 raccordée au radiateur de chauffage 16 et une troisième voie V3 raccordée au conduit de sortie 30. Cette vanne possède ici deux entrées correspondant respectivement à la première voie V1 et à la troisième voie V3, et une sortie correspondante à la deuxième voie V2. La vanne 34 pourrait, en variante, être constituée par trois vannes à une seule voie. On expliquera maintenant le fonctionnement de la vanne 34 en référence aux figures 2 à 4 qui correspondent à différents modes de fonctionnement. Dans la position de la figure 2, les voies V1 et V2 sont fermées par des obturateurs respectifs et 40. Du fait que ces deux voies sont fermées, la circulation du fluide dans la branche de chauffage 14 est arrêtée, si bien que le radiateur de chauffage 16 n'est pas alimenté en fluide de refroidisse ment. I1 en résulte que la vanne définit ainsi une position de fermeture qui correspond à un mode appelé "sans chauffage". Ainsi, depuis le démarrage à froid du moteur jusqu'à la pleine charge du moteur, la circulation fluide de refroi dissement dans le radiateur de chauffage 16 est arrêtée du fait de la fermeture des voies V1 et V2. Par conséquent, la régulation s'effectue ici dans la branche de refroidissement 10 grâce à la vanne thermostatique 26, et cela d'une manière en soi connue. Les positions de la vanne comme représentées aux figures 3 et 4 correspondent à un mode dit "avec chauffage", dans lequel le radiateur de chauffage 16 doit être parcouru par le fluide de refroidissement. Dans la position de la figure 3, les trois voies sont ouvertes et définissent ainsi une position d'ouverture totale, dans laquelle le radiateur de chauffage 16 est alimenté en fluide conjointement par le conduit de sortie 30 et par le conduit de dérivation 32. état se produit lors du mode "avec chauffage et lors du démarrage à froid du moteur. Du fait que les voies V1, V2 et sont en position ouverte, le débit de fluide refroidis sement dans le radiateur de chauffage 16 est augmenté puisqu'il est alimenté à la fois par le conduit de sortie 30 par le conduit de dérivation 32. état se produit lorsque la température du fluide de refroidissement (Te) est inférieure à une température de consigne Tc qui peut être par exemple comprise entre 105 et c. Pendant cette utilisation normale du véhicule, c'est le thermostat classique de régulation (vanne thermostatique 26) contrôle la température du fluide de refroidissement. température de ce fluide dépasse la valeur Tc, la vanne V1 est fermée et on se trouve dans la position la figure en résulte que le radiateur de chauffage 16 est alimenté uniquement par le conduit de sortie 0, ce qui correspond à une position d'ouverture partielle. ce cas, le radiateur de refroidissement 28 bénéficie d'un debit maximum de fluide. vanne 34 qui est du type à trois voies possède deux entrées et une sortie. I1 peut s'agir d'une vanne à commande électrique, d'une vanne à commande pneumatique, 'une vanne commande thermostatique à cire, etc. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on utilise une vanne thermostatique à cire dont différents états sont représentés aux figures 5 à 8. vanne thermostatique 34 représentée à la figure 5 comprend un corps 42 avec deux entrées coaxiales 44 et 46 correspon dant respectivement à la première voie V1 et à la troisième voie V3, et avec une sortie latérale 48 correspondant à la deuxième voie V2. A l'intérieur du corps 42 est prévu un actionneur 50 à cire dilatable sensible à la température du fluide dans le corps de la vanne et actionnant les obturateurs 38 et 40 correspon dant respectivement aux voies V1 et V2. L'obturateur 38 est propre à venir en appui contre un siège 52 et l'obturateur 40 est propre à venir en appui contre un siège 54. Dans la position de la figure 5 qui correspond au mode sans chauffage de la figure 2, les obturateurs 38 et 40 sont en appui sur leurs sièges respectifs 52 et 54, si bien que les voies V1 et V2 sont fermées. Dans position de la figure 6, les obturateurs et 40 sont écartés de leurs sièges respectifs 52 et 54, si bien que les trois voies V1, V2 et V3 sont ouvertes, comme dans le cas de la figure 3. Cette position correspond soit à un mode avec chauffage et démarrage à froid, soit un mode avec ou sans chauffage et en fonctionnement normal. Dans cas de la figure 7, on retrouve une disposition identique à celle de la figure 5, dans laquelle les voies V1 et V2 sont fermées. Ceci correspond à un fonctionnement en pleine charge du moteur avec une température du fluide Te supérieure à la température de consigne Tc. I1 s'agit d'un mode sans chauffage. Dans le cas de la figure 8, la voie V1 est fermée alors que la voie V3 est ouverte. I1 en résulte que le radiateur de chauffage 16 est alimenté en fluide uniquement par conduit de sortie 30. Ceci correspond à un mode de fonctionnement en pleine charge du moteur avec une température du fluide de refroidissement Te supérieure à la température de consigne Tc. I1 s'agit d'un fonctionnement en pleine charge du moteur avec chauffage. On se réfère maintenant à la figure 9 qui montre un disposi tif selon une autre forme de réalisation de l'invention qui s'apparente à celui de la figure 1. Toutefois, la branche de refroidissement 10 comprend ici une vanne thermostatique 56 qui est placée à l'entrée du moteur M et immédiatement en amont de la pompe à fluide 18. La vanne thermostatique 56 est ici une vanne à quatre voies qui est raccordée en outre à un conduit de refroidissement d'huile 58 qui contient un radiateur d'huile 60. Ce radiateur est prévu pour refroidir par exemple l'huile de lubrification du moteur. En outre, le dispositif comprend, comme dans la forme de réalisation précédente, une branche de chauffage 14 qui contient un aérotherme 16, et qui comprend un conduit de sortie 30 venant du moteur, un conduit de dérivation 32 qui s'intersecte au niveau d'une vanne 34 analogue à celle décrite précédemment. La vanne 56 est une vanne thermostatique qui comprend une entrée Vr raccordée à la branche de refroidissement 10, une entrée vc raccordée à la branche de chauffage 14, une entrée Vh raccordée au conduit de refroidissement d'huile 58 et une sortie Vm raccordée à la pompe à fluide 18, qui est placée à l'entrée du moteur on se réfère maintenant à la figure 10 pour décrire la structure de la vanne 56. Cette vanne comporte un corps 62 avec deux entrées coaxiales 64 et 66 correspondant respecti vement aux voies Vh et Vr, une entrée latérale 68 correspon dant à la voie Vc et une sortie latérale 70 correspondant à la sortie Vm. Dans le corps 62 logé un actionneur 72 à cire dilatable qui pilote deux obturateurs 74 et 76 propres à obturer respectivement deux sièges 78 et 80 en correspondance des voies Vh et Vr. Dans la position la figure 10 les voies Vh et Vr sont fermées ce qui correspond à un démarrage à froid. Le fluide de refroidissement passe alors de la voie Vc à la voie Vm. Dans le cas de la figure 11, les obturateurs sont représentés dans le cas où la température du fluide Te est supérieure à un seuil Td. L'obturateur 74 ouvre la voie Vh, tandis que l'obturateur 76 ferme la voie Vr. I1 en résulte que la sortie Vm est alimentée conjointement par les entrées correspondant aux voies Vc et Vh Enfin, la figure 12 montre la position des vannes pour un fonctionnement normal et critique du refroidissement, lorsque la température du fluide Te est supérieure à la température critique Td. Dans ce cas, les obturateurs 74 et 76 sont écartés de leurs sièges respectifs. I1 en résulte que la sortie Vm est alimentée conjointement par les entrées Vh, Vc et Vr. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, les moyens de sélection de la branche de chauffage ne sont pas limités à une vanne à trois voies et pourraient être remplacés par trois vannes à une voie. Le dispositif de l'invention trouve une application à la régulation des circuits de refroidissement des moteurs thermiques de véhicule automobile. Revendications 1. Dispositif de refroidissement un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide couplé à une pompe de circulation de fluide (18) et composé d'une branche de refroidissement (10) contenant un radiateur de refroidissement (12) du moteur (M) et d'une branche de chauffage (14) contenant un radiateur de chauffage (16) de l'habitacle, ce radiateur de chauffage étant alimenté par un conduit de sortie (30) provenant du moteur, caractérisé en ce que la branche chauffage (14) comprend un conduit de dérivation (32) qui contourne le moteur et qui relie le côté refoulement de la pompe (18) au conduit de sortie (30), et en ce qu'il comprend des moyens de sélection (34) disposés à l'intersection du conduit de dérivation (32) et du conduit de sortie (30) et propres à être placés dans au moins trois positions différentes une position de fermeture dans laquelle le radiateur de chauffage (16) n'est pas alimenté fluide ; une position d'ouverture partielle dans laquelle le radiateur de chauffage (16) est alimenté en fluide uniquement par le conduit de sortie (30) ; et une position d'ouverture totale dans laquelle le radiateur de chauffage (16) est alimenté en fluide conjointement par le conduit de sortie (30) et par le conduit de dérivation (32). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (36) propres à placer les moyens de sélection (34) dans la position de fermeture pour un mode sans chauffage, dans lequel le fluide circule alors seulement dans la branche de refroidissement (10), ou dans la position d'ouverture partielle ou totale dans un mode chauffage, dans lequel le fluide circule dans la branche de refroidissement (10) et dans la branche de chauffage (14). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de sélection (34) sont placés dans la position d'ouverture totale ou dans la position d'ouverture partielle selon que la température du fluide (Te) est inférieure ou respectivement supérieure à une température de consigne (Tc). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de sélection (34) compren nent trois voies susceptibles d'être obturées sélectivement une première voie (V1) raccordée au conduit de dérivation (32), une deuxième voie (V2) raccordée au radiateur de chauffage (16) et une troisième voie (V3) raccordée au conduit de sortie (30). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de sélection (34) comprennent une vanne à trois voies avec deux entrées (44, 46) correspondant respec tivement à la première voie (V1) et à la troisième voie (V3) et une sortie (48) correspondant à la deuxième voie (V2). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vanne à trois voies (34) est choisie parmi une vanne à commande électrique, une vanne à commande pneumatique et une vanne à commande thermostatique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la branche de refroidissement (10) comprend un conduit principal (20) contenant le radiateur de refroidissement (12), un conduit de dérivation (22) contenant un vase d'expansion (24) et une vanne thermostatique (26 ; 56) pour faire circuler le fluide dans le conduit principal (20) et/ou dans le conduit de dérivation (22) en fonction de la température du fluide. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (26) est une vanne à trois voies placée sur la branche de refroidissement (10) en sortie du moteur. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (56) est une vanne à quatre voies, placée sur la branche de refroidissement (10) en entrée du moteur et raccordée en outre à un conduit de refroidissement d'huile (58) contenant un radiateur d'huile (60). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (56) à quatre voies comprend une entrée (Vr) raccordée à la branche de refroidissement (10), une entrée (Vc) raccordée à la branche de chauffage (14), une entrée (Vh) raccordée au conduit de refroidissement d'huile (58) et une sortie (Vm) raccordée à la pompe à fluide (18) placée à l'entrée du moteur (M).