Brevet FR2821120A1 — publié le 20020823

Dispositif et procédé de refroidissement d'un organe de commande d'un moteur thermique. La présente invention est relative à un dispositif de refroidissement pour un organe de commande d'un moteur thermique de véhicule automobile, ainsi qu'à un procédé d'alimentation permanente en liquide de refroidissement d'un échangeur de chaleur destiné à refroidir un tel organe de commande. Le moteur d'entraînement des véhicules automobiles peut être refroidi par la mise en circulation d'un liquide de refroidissement, en pratique de l'eau, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement inclut essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Une vanne thermostatique est également prévue en général, de façon à isoler la partie du circuit principal de refroidissement qui contient le radiateur, pendant la durée du démarrage à froid où un refroidissement excessif du moteur n'est pas souhaité. La vanne thermostatique s'ouvre progressivement en fonction de la température de l'eau mise en circulation, réchauffée par le moteur après la période de démarrage. Le fonctionnement des moteurs à combustion interne nécessite une alimentation en carburant dans les cylindres du moteur ainsi qu'un échappement des gaz brûlés, ces opérations étant réalisées au moyen de soupapes dont le mouvement est généralement commandé par un système de distribution adapté au régime de fonctionnement du moteur. Dans certains moteurs à combustion, il est prévu de commander le mouvement des différentes soupapes au moyen d'un système électrohydraulique dit "camless", dans lequel les mouvements des différentes soupapes sont pilotés en fonction d'un diagramme de distribution, la charge du moteur étant en outre contrôlée par le temps d'ouverture des soupapes d'admission. La puissance consommée par un tel système de commande des soupapes entraîne cependant un certain nombre d'inconvénients. Il convient en particulier de pouvoir refroidir convenablement le dispositif de commande. Le refroidissement peut par exemple être obtenu par une circulation de l'eau de refroidissement s'écoulant dans le circuit principal de refroidissement du moteur. L'adjonction, sans précautions particulières, d'un échangeur de chaleur dans le circuit principal de refroidissement du moteur, présente cependant l'inconvénient que le refroidissement ne se fait pas convenablement d'une manière constante pendant les phases de démarrage du moteur lorsque la vanne thermostatique est fermée et pendant les phases de fonctionnement normal où la vanne thermostatique est ouverte. Une autre solution consistant à utiliser un circuit de refroidissement indépendant, nécessite par ailleurs une pompe à eau électrique supplémentaire et au moins une électrovanne, ce qui complique la structure d'ensemble et en augmente le coût ainsi que les risques de pannes. La présente invention a pour objet de supprimer ces difficultés et d'assurer le refroidissement d'un organe de commande d'un moteur à combustion de véhicule automobile, par exemple du système de pilotage des soupapes, qui permette le refroidissement constant et permanent quel que soit l'état de la vanne thermostatique. L'invention a également pour objet d'alimenter en permanence un échangeur de chaleur en liquide de refroidissement provenant du circuit principal de refroidissement du moteur, et ce quelle que soit la position de la vanne thermostatique. Le dispositif de refroidissement de l'invention est destiné à coopérer avec un organe de commande d'un moteur à combustion de véhicule automobile. Le dispositif comprend un circuit principal d'écoulement d'un liquide de refroidissement traversant le moteur et incluant une pompe de circulation, une vanne thermostatique et un radiateur. Un échangeur de chaleur capable de refroidir l'organe de comande est monté dans un circuit secondaire, en aval du radiateur, entre ledit radiateur et la pompe de circulation. Une restriction est montée dans le circuit principal en parallèle de l'échangeur. De cette manière, une branche du circuit secondaire reliant l'échangeur à la restriction, est traversée par le liquide de refroidissement dans un sens ou dans l'autre selon que la vanne thermostatique est ouverte ou fermée. On obtient ainsi de façon simple un basculement automatique de l'alimentation de l'échangeur en liquide de refroidissement. De plus, l'échangeur est alimenté en liquide de refroidissement à température inférieure lorsque la vanne thermostatique est ouverte, ce qui est le cas le plus fréquent. Dans un mode de réalisation préféré, un échangeur aérothermique destiné au réchauffement de l'habitacle du véhicule est en outre monté dans le circuit principal en aval de la vanne thermostatique, avec sa canalisation de retour reliée en amont de la restriction. Dans une utilisation préférée de l'invention, l'organe de commande est conçu pour agir sur les soupapes du moteur. L'invention concerne également, de manière plus générale, un procédé d'alimentation permanente en liquide de refroidissement d'un échangeur de chaleur monté dans un circuit secondaire en dérivation d'un circuit principal d'écoulement dont une partie peut être isolée par une vanne de fermeture. Selon ce procédé, une inversion du sens de l'écoulement dans une branche du circuit secondaire, est automatiquement opérée en fonction de la position de la vanne de fermeture, au moyen d'une perte de charge générée dans une portion du circuit principal. Dans un mode d'utilisation préféré, la vanne se ferme lorsque la température du liquide de refroidissement atteint une valeur déterminée. Le procédé de l'invention est particulièrement avantageux lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé pour refroidir un organe de commande des soupapes d'un moteur thermique, notamment dans un véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de refroidissement selon l'invention ; - la figure 2 illustre la circulation du liquide de refroidissement dans le dispositif illustré sur la figure 1, lorsque la vanne thermostatique est fermée ; et - la figure 3 illustre schématiquement la circulation du liquide de refroidissement dans le dispositif illustré sur la figure 1, lorsque la vanne thermostatique est ouverte. Tel qu'il est représenté sur la figure 1, de manière schématique, le dispositif de refroidissement de l'invention est utilisé en association avec un moteur thermique schématisé par le cadre en tirets 1. Le moteur thermique 1 est refroidi par une circulation d'eau s'écoulant dans un circuit principal d'écoulement 2 qui inclut une pompe de circulation 3, une vanne thermostatique 4 et un radiateur 5 placé à l'extérieur du moteur 1. Le circuit 2 peut être plus ou moins rempli d'eau de refroidissement grâce à l'existence d'un bocal de remplissage 6 jouant le rôle de vase d'expansion et monté en dérivation par les conduits 7 et 8 sur l'échangeur de chaleur air/eau qui constitue le radiateur 5. A la sortie de la pompe de circulation 3, l'eau de refroidissement véhiculée par la conduite 9, traverse la vanne thermostatique 4 dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un élément à dilatation 4a sur lequel agit la température de l'eau traversant la vanne thermostatique 4. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, l'habitacle du véhicule automobile qui est équipé du moteur 1 comprend un dispositif de chauffage incluant un aérotherme 10 sous la forme d'un échangeur de chaleur air/eau qui est alimenté par l'eau de refroidissement du circuit principal 2 provenant directement de la vanne thermostatique 4 par la conduite 11. La sortie de l'aérotherme 10 est reliée par la conduite 11 a à un circuit secondaire 13, dans lequel est monté un échangeur de chaleur 14 capable de refroidir le système de pilotage des différentes soupapes du moteur 1, ce système n'étant pas représenté sur la figure. La conduite de sortie 1 la provenant de l'aérotherme 10 débouche au point 12 dans une branche 15 du circuit secondaire 13, la branche 15 contenant une restriction 16, capable de créer une perte de charge dans l'écoulement. L'eau s'écoulant dans la conduite lla à la sortie de l'aérotherme 10 se sépare au point 12 en deux flux, le premier par la branche 15, et le deuxième par une branche 17 du circuit secondaire 13. L'échangeur de chaleur 14 reçoit de l'eau de refroidissement par la conduite 18 qui est reliée au point 19 à la branche 17. En sortie de l'échangeur 14, l'eau revient par la conduite 20 en aval de la restriction 16 au point 21. La conduite de sortie 22 de la restriction 16 revient sur l'admission de la pompe de circulation 3 en traversant le moteur 1 de façon à en refroidir les parties appropriées. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, on a également représenté un alternateur 23 refroidi par circulation d'eau et alimenté par la conduite 24 branchée sur la conduite lla en sortie de l'aérotherme 10, l'eau de refroidissement revenant par la conduite 25 après avoir traversé l'alternateur 23 sur la conduite 22 en amont de l'admission de la pompe de circulation 3. La circulation de l'eau de refroidissement dans le radiateur 5 se fait grâce à la conduite d'alimentation 26 dont l'entrée est plus ou moins obturée par la vanne thermostatique 4 en fonction de la température de l'eau de refroidissement traversant la vanne 4. L'eau de refroidissement ayant traversé le radiateur 5 revient par la conduite 27 sur la branche 17 du circuit secondaire 13 au point 19. Le fonctionnement du dispositif illustré sur la figure 1 est le suivant, en référence aux figures 2 et 3. Lorsque la vanne thermostatique 4 est fermée, c'est-à-dire pendant la phase de démarrage à froid du moteur 1, l'eau de refroidissement ne pénètre pas dans la conduite 26 et ne traverse donc pas le radiateur 5. C'est ce qui a été représenté en traits fins sur la figure 2. Au contraire, l'eau de refroidissement mise en circulation par la pompe 3 s'écoule par la conduite 9 à travers la vanne 4, puis par la conduite 11 à travers l'aérotherme 10, les conduites dans lesquelles circule l'eau de refroidissement ayant été représentées sur la figure 2 en traits de plus grande largeur. A la sortie de l'aérotherme 10, l'eau provenant de la conduite 1 a se sépare en deux flux. Le premier par la branche 15 traverse la restriction 16 qui crée une perte de charge, puis revient par la conduite 22 sur la pompe de circulation 3. Le deuxième flux retourne également à la pompe de circulation 3, cette fois en passant par la branche 17 puis par l'échangeur de chaleur 14 en traversant le circuit secondaire 13. Ce deuxième flux évite la perte de charge due à la restriction 16. Indépendamment, l'alternateur 23 est alimenté par la conduite 24 en eau de refroidissement provenant de l'aérotherme 10. La figure 3 illustre les différents écoulements dans le dispositif de l'invention lorsque la vanne thermostatique 4 est complètement ouverte. Dans ce cas, la totalité de l'eau de refroidissement provenant de l'aérotherme 10 par la conduite 1 la se dirige par la branche 15 à travers la restriction 16 pour revenir par la conduite 22 à la pompe de circulation 3. Mais, la vanne thermostatique 4 étant ouverte, l'eau de refroidissement s'écoule également dans la conduite 26, traverse le radiateur 5 et revient par la conduite 27 jusqu'au point 19 où le flux se sépare en deux parties. La première partie traverse l'échangeur de chaleur 14 par le circuit secondaire 13 avant de revenir à la pompe de circulation 3 par la conduite 22. La deuxième partie, au contraire, s'écoule par la branche 17, traverse la restriction 16 avant de revenir par la conduite 22 à la pompe de circulation 3. La circulation de l'eau dans la branche 17 a donc été inversée par rapport à celle qui existait lorsque la vanne thermostatique 4 était fermée, comme illustré sur la figure 2. Le débit dans le radiateur 5 est ici maximal, comme dans l'échangeur de chaleur 14. De plus, l'échangeur 14 est traversé par de l'eau qui a été refroidie par le radiateur 5, ce qui améliore le refroidissement du système de commande des soupapes. Au cours de la phase d'ouverture progressive de la vanne thermostatique 4, le flux d'eau de refroidissement provenant de l'aérotherme 10 continue, comme illustré sur la figure 2, mais le flux d'eau de refroidissement provenant du radiateur 5 commence, comme illustré sur la figure 3. Le débit d'eau de refroidissement commence à augmenter dans l'échangeur de chaleur 14 et le flux s'inverse progressivement dans la branche 17. On constate que cette inversion se produit à partir d'environ 5% d'ouverture de la vanne thermostatique 4. Le dispositif de l'invention permet ainsi d'obtenir une bascule automatique du sens d'écoulement dans la branche 17 du circuit secondaire 13, l'alimentation en eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur 14 se faisant, soit par l'eau de refroidissement en provenance de l'aérotherme 10 ou du circuit principal de refroidissement dans le cas où aucun aérotherme n'est prévu, soit par l'eau de refroidissement provenant du radiateur 5 lorsque la vanne thermostatique 4 est ouverte. Ce basculement automatique est obtenu d'une façon extrêmement simple sans nécessiter l'adjonction d'une quelconque pompe électrique supplémentaire, ni d'une quelconque électrovanne. L'absence de pièce en mouvement ou de composant spécifique supprime tous risques de panne. De plus, l'alimentation en eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur 14 se fait de façon permanente et au moyen d'eau provenant du radiateur, c'est-à-dire après refroidissement lorsque la vanne thermostatique est ouverte, en fonctionnement normal du moteur. Bien que dans l'exemple illustré, on ait représenté l'adjonction d'un échangeur aérothermique 10, on comprendra que le dispositif de l'invention puisse également fonctionner en l'absence de cet échangeur, l'eau de refroidissement issue de la vanne thermostatique 4 revenant alors directement sur le circuit secondaire 13. REVENDICATIONS 1-Dispositif de refroidissement d'un organe de commande d'un moteur à combustion de véhicule automobile comprenant un circuit principal d'écoulement d'un liquide de refroidissement traversant le moteur (1) et incluant une pompe de circulation (3), une vanne thermostatique (4) et un radiateur (5), caractérisé par le fait qu'un échangeur de chaleur (14) capable de refroidir l'organe de commande est monté dans un circuit secondaire (13), en aval du radiateur, entre ledit radiateur (5) et la pompe de circulation (3), qu'une restriction (16) est montée dans le circuit principal en parallèle de l'échangeur (14), une branche (17) du circuit secondaire reliant l'échangeur (14) à la restriction (16), étant traversée par le liquide de refroidissement dans un sens ou dans l'autre selon que la vanne thermostatique (4) est ouverte ou fermée. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un échangeur aérothermique (10) destiné au réchauffement de l'habitacle du véhicule est monté dans le circuit principal en aval de la vanne thermostatique (4), avec sa canalisation de retour (liga) reliée en amont de la restriction. 3-Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'organe de commande agit sur les soupapes du moteur. 4-Procédé d'alimentation permanente en liquide de refroidissement d'un échangeur de chaleur (14) monté dans un circuit secondaire (13) en dérivation d'un circuit principal d'écoulement (2) dont une partie peut être isolée par une vanne de fermeture (4), dans lequel une inversion du sens de l'écoulement dans une branche (17) du circuit secondaire, est automatiquement opérée en fonction de la position de la vanne de fermeture (4), au moyen d'une perte de charge générée dans une portion du circuit principal. 5-Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la vanne (4) se ferme lorsque la température du liquide de refroidissement atteint une valeur déterminée. 6-Procédé selon les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'échangeur de chaleur (14) est utilisé pour refroidir un organe de commande des soupapes d'un moteur thermique.