Brevet FR2832186A1 — publié le 20030516

Système de gestion de l'énergie thermique d'un moteur thermique comprenant deux réseaux L'invention concerne un système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un réseau principal incluant une pompe / principale pour faire circuler un fluide de cycle caloporteur entre le moteur du véhicule et un radiateur principal échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur. Les véhicules automobiles comprennent un circuit de refroidissement du moteur qui permet de maintenir ce dernier à une température de fonctionnement optimale. Ce circuit inclut un radiateur de refroidissement disposé à l'avant du véhicule et traversé par un flux d'air pour évacuer la chaleur du fluide de cycle caloporteur qui refroidit le moteur. Le circuit de refroidissement du moteur est également utilisé pour réchauffer l'habitacle du véhicule au moyen d'un aérotherme traversé par le même fluide de cycle caloporteur. D'autre part, les véhicules modernes comprennent de plus en plus souvent des équipements qui améliorent le confort ou la sécurité des passagers, ou encore qui réduisent la pollution ou augmentent les performances du véhicule. C'est ainsi que de nombreux véhicules sont équipés d'un circuit de climatisation qui permet de refroidir l'habitacle du véhicule. Certains véhicules sont équipés également d'un circuit de refroidissement de l'huile. Les moteurs suralimentés comprennent fréquemment un refroidisseur d'air de suralimentation qui permet d'abaisser la température de l'air avant son introduction dans les cylindres du moteur. Enfin, les véhicules modernes sont fréquemment équipés d'un refroidisseur de gaz d'échappement qui permet de réduire la pollution du véhicule. Chacun de ces équipements nécessite un circuit de fluide séparé dans lequel circule un fluide particulier approprié. En outre, chacun de ces circuits de refroidissement possède son propre vase d'expansion dont la fonction est de permettre la dilatation du fluide lorsque ce dernier monte en température. Le vase d'expansion constitue également une réserve de fluide qui permet de s'assurer que le circuit est toujours rempli de fluide, même en cas de légère fuite. Ces systèmes connus présentent plusieurs inconvénients. Tout d'abord, le fait de prévoir un circuit séparé pour chaque équipement du véhicule augmente le nombre de canalisations et, par conséquent, l'encombrement sous le capot moteur. En outre, le fait que chaque circuit de fluide dispose de son propre vase d'expansion conduit à la multiplication de ce composant. La présente invention a pour objet un système de gestion de l'énergie thermique d'un moteur thermique de véhicule automobile qui remédie à ces inconvénients. Ce système a pour but de réduire le nombre des composants et, par suite, l'encombrement sous le capot moteur, ainsi que le prix de revient de l'ensemble. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le système de gestion de l'énergie thermique comprend, en outre, un réseau secondaire dans lequel circule le même fluide de cycle caloporteur que dans le réseau principal, ce réseau secondaire incluant un radiateur secondaire et une pompe secondaire, le réseau principal et le réseau secondaire possédant un vase d'expansion commun. Grâce à ces caractéristiques, le système de gestion de l'énergie thermique fait appel à un fluide unique, à savoir le fluide de cycle qui refroidit le moteur thermique du véhicule. Le fluide de refroidissement du moteur sert de source froide pour refroidir ou réchauffer tous les autres fluides (air d'admission, gaz d'échappement, liquide de climatisation, huile de lubrification moteur et/ou boîte, carburant, etc. ) qui le nécessitent. Seul le fluide de refroidissement du moteur thermique échange de la chaleur avec l'air ambiant. En outre, le nombre de canalisations est très nettement diminué. Le système comporte un vase d'expansion unique qui sert pour tous les équipements du véhicule. Le nombre des composants, et par conséquent leur encombrement, est fortement réduit. Ledit vase d'expansion permet également le remplissage commun des deux réseaux. Le vase d'expansion peut ne comporter aucune séparation intérieure. Dans ce cas, le vase d'expansion commun assure le passage de fluide de cycle d'un réseau à un autre. Dans une autre réalisation, le vase d'expansion commun comporte une cloison de séparation qui dépasse le niveau ordinaire du fluide de cycle dans le vase d'expansion. Dans ce cas, les deux réseaux sont en principe séparés, mais une circulation de fluide d'un réseau à un autre peut se produire si le niveau de ce dernier passe par-dessus la cloison de séparation. Dans une autre réalisation encore, la cloison de séparation du vase d'expansion est percée d'une restriction. Cette restriction permet une communication d'un réseau à un autre, mais cette communication est limitée par la section de passage de la restriction. Des caractéristiques complémentaires ou optionnelles de l'invention sont énumérées ci-après : - le réseau principal comporte une vanne à quatre voies, une première voie étant reliée à la sortie du radiateur principal, une deuxième voie étant reliée à la sortie du circuit de refroidissement du moteur, une troisième voie étant reliée à l'entrée de la pompe principale et une quatrième voie à la sortie de l'aérotherme ; - le système comporte un appareil de contrôle qui reçoit des informations sur la température du fluide en différents points du réseau principal et du réseau secondaire afin de commander la vanne à quatre voies ; - l'appareil de contrôle commande également la mise en marche et l'arrêt de la pompe secondaire ; - le réseau principal comprend une canalisation de moteur sur laquelle sont montés la pompe principale et le moteur thermique, une canalisation de chauffage sur laquelle est monté l'aérotherme, une canalisation de radiateur principal sur laquelle est monté le radiateur principal, une canalisation de court-circuit, la canalisation de moteur, la canalisation de chauffage, la canalisation de radiateur principal et la canalisation de court-circuit étant montées en parallèle ; - le véhicule automobile comporte un ou plusieurs équipements en relation d'échange thermique avec le milieu qui leur est extérieur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur d'équipement, le ou les échangeurs de chaleur d'équipement étant intégrés au réseau principal et/ou au réseau secondaire, chaque échangeur de chaleur étant en relation d'échange de chaleur avec le fluide de cycle caloporteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la Figure 1 est une vue générale schématique d'un système de gestion de l'énergie thermique conforme à la présente invention ; - la Figure 2 est une vue schématique en coupe d'une première variante d'un vase d'expansion commun destiné à un système de gestion de l'énergie thermique conforme à l'invention ; - la Figure 3 est une deuxième variante de réalisation d'un vase d'expansion ; et - la Figure 4 est une troisième variante de réalisation d'un vase d'expansion. Le système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique de l'invention représenté sur la Figure 1 est constitué d'un réseau principal désigné par la référence générale 2 et d'un réseau secondaire désigné par la référence générale 4. Le réseau principal 2 comporte une canalisation de moteur thermique 8 sur laquelle est monté un moteur thermique 10. Une pompe principale 12 fait circuler un fluide caloporteur dans le circuit de refroidissement du moteur 10, comme schématisé par les flèches 14. Le réseau principal comporte également une canalisation de radiateur 16 sur laquelle est monté un radiateur principal 18. Par ailleurs, une canalisation de court-circuit 20 est montée en parallèle à la canalisation de radiateur 16. Le fluide qui sert à refroidir le moteur thermique 10 est utilisé également pour chauffer l'habitacle du véhicule. A cet effet, il circule par l'intermédiaire d'une canalisation de chauffage 22 dans un radiateur de chauffage ou aérotherme 24 monté sur la canalisation 22. Une vanne à quatre voies 70 assure la régulation en température du moteur, par exemple autour d'une température de consigne de 100'. Une première voie 701 de la vanne 70 est reliée à la canalisation de radiateur 16, une seconde voie 702 est reliée à la canalisation de court-circuit 20, une troisième voie 703 est reliée à la canalisation de moteur 8 et une quatrième voie 704 est reliée à la canalisation de chauffage 22. Le réseau principal peut, en outre, comporter de manière optionnelle des équipements complémentaires tels qu'un refroidisseur d'huile de lubrification moteur 26 monté sur une canalisation d'équipement 28. Le réseau secondaire 4 comprend une boucle fermée 30 sur laquelle est monté un radiateur secondaire 32. Une pompe de circulation électrique 34 assure la circulation du fluide de cycle caloporteur dans la boucle 30 et, par conséquent, dans le radiateur secondaire 32. En outre, des échangeurs d'équipements optionnels peuvent être montés sur la boucle de refroidissement 30. Par exemple, dans l'exemple représenté, le véhicule est équipé d'un circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile. Le condenseur 36 du circuit de climatisation est monté sur la boucle 30 afin d'être refroidi par le fluide de cycle caloporteur qui sort du radiateur secondaire 32. Un appareil de contrôle 40 reçoit un signal de température d'une sonde 42 installée à la sortie du circuit de refroidissement du moteur thermique 10 et également d'une sonde 44 installée à la sortie du radiateur secondaire 32. L'appareil de contrôle 40 utilise ces informations pour piloter le fonctionnement de la vanne à quatre voies 70. Cette vanne assure la régulation en température du moteur et gère les voies de court-circuit 20, d'aérotherme 22, de radiateur principal 16 et de la canalisation d'équipement 28. La vanne à quatre voies 70 remplace ainsi la vanne thermostatique habituellement utilisée dans les systèmes conventionnels. Par exemple, s'il est nécessaire de chauffer l'habitacle du véhicule, la canalisation de chauffage 22 sur laquelle est monté l'aérotherme 24 est ouverte. Dans le cas contraire, cette canalisation est fermée. L'appareil de contrôle 40 pilote également le fonctionnement de la pompe 34 du réseau secondaire 4. Le radiateur principal 18 est relié à un vase d'expansion 50 par une canalisation 52. La canalisation 52 est également reliée à la canalisation de moteur 8 par une branche 54. De la même manière, le radiateur secondaire 32 est relié au vase d'expansion 50 par une canalisation 56. Le vase d'expansion 50 est ainsi commun au réseau principal 2 et au réseau secondaire 4. Lorsque la température du fluide augmente, ce dernier se dilate et le volume excédentaire est reçu dans le vase d'expansion. Inversement, lorsque le fluide se refroidit, ou lorsqu'une perte de liquide se produit par suite d'un défaut d'étanchéité, une quantité de fluide caloporteur peut être admise dans le réseau principal par une canalisation 58 et dans le réseau secondaire par une canalisation 60. Le radiateur principal 18 et le radiateur secondaire 32 peuvent être réalisés sous la forme de deux échangeurs distincts. Ils peuvent également être placés l'un devant l'autre pour former un module d'échange présentant un encombrement réduit. Dans ce cas, le radiateur secondaire 32 sera de préférence placé devant le radiateur principal 18. Le radiateur secondaire verra l'air en premier. En d'autres termes, c'est lui qui sera refroidi le premier par le flux d'air extérieur. Le radiateur principal qui sera refroidi par le flux d'air ayant déjà traversé le radiateur secondaire sera avantageusement refroidi. De la sorte, le réseau secondaire 4 constituera un réseau à basse température relativement au réseau principal 2 qui constituera un réseau à haute température. Le radiateur principal 18 ou radiateur à haute température et le radiateur secondaire 32 ou radiateur à basse température peuvent encore faire partie d'un échangeur dit"multifonction", c'est-à-dire d'un module d'échange de chaleur dans lequel les deux échangeurs sont superposés de manière à être traversés par un même flux d'air, une boîte collectrice de sortie du radiateur à haute température 18 communiquant avec une boîte collectrice d'entrée du radiateur à basse température 32 par un orifice de passage (non représenté) des moyens de vanne permettant d'ouvrir ou de fermer cet orifice de passage. Le vase d'expansion 50 comporte donc deux entrées, à savoir une entrée 62 pour le fluide du réseau principal 2 et une entrée 64 pour le fluide caloporteur du réseau secondaire 4. Le vase d'expansion 50 comporte également deux sorties, à savoir une sortie 66 vers le réseau principal 2 et une sortie 68 vers le réseau secondaire 4. Les entrées et/ou les sorties peuvent également être communes, comme illustré à la Figure 2 en pointillé pour les sorties 66 et 68. On a représenté sur la Figure 2 une première variante de réalisation du vase d'expansion 50 commun au réseau principal 2 et au réseau secondaire 4. Ce vase d'expansion comporte une entrée 62 reliée au réseau principal 2 et une entrée 64 reliée au réseau secondaire 4. Il comporte également une sortie 66 reliée au réseau principal 2 et une sortie 68 reliée au réseau secondaire 4. En variante, il est possible de prévoir une sortie unique en Y comportant deux branches 66 et 68, comme représenté en traits pointillés. On a désigné par la référence 67 le niveau du fluide caloporteur dans le vase d'expansion 50. Grâce à la présence du vase d'expansion, le réseau principal 2 et le réseau secondaire 4 ne sont pas entièrement séparés, une communication entre eux s'établit par l'intermédiaire du vase d'expansion. Le fluide caloporteur peut passer d'un réseau dans l'autre et vice versa par l'intermédiaire du vase d'expansion commun et des canalisations 52 et 58 pour le réseau principal, et 56 et 60 pour le réseau secondaire. Cette caractéristique permet d'utiliser le même fluide de cycle caloporteur dans les deux réseaux. Le système de gestion de l'énergie thermique utilise donc un fluide unique, ce qui constitue une différence par rapport aux autres systèmes qui utilisent un fluide différent pour chaque équipement à refroidir. Cette caractéristique permet également de réaliser des configurations différentes, en fonction de la charge du moteur. En cas de faible charge, le radiateur à haute température 18 peut être utilisé pour refroidir des équipements tels que le condenseur de climatisation, un refroidisseur d'air de suralimentation ou même un refroidisseur de gaz d'échappement. Inversement, en cas de forte ou de très forte charge du moteur, le radiateur à basse température peut être utilisé pour compléter le refroidissement du moteur thermique 10. On a représenté sur la Figure 3 une deuxième variante de réalisation du vase d'expansion commun 50. Il comporte une cloison de séparation 69 qui le divise en deux parties séparées. Ainsi, le réseau principal 2 et le réseau secondaire 4 ne communiquent pas l'un avec l'autre et, en principe, aucun échange de fluide ne s'établit entre ces deux circuits, à moins que le niveau 67 du fluide ne passe par-dessus la cloison 69. On a représenté sur la Figure 4 une troisième variante de réalisation du vase d'expansion commun 50. Dans cette variante, la cloison de séparation 69 est percée par un orifice calibré 71 qui assure un passage limité du fluide caloporteur à travers la cloison 69, c'est-à-dire d'un réseau vers l'autre. Ainsi, une circulation de fluide peut s'établir d'un réseau vers l'autre, comme dans le cas du mode de réalisation de la Figure 2. Toutefois, cette circulation est limitée par la dimension de l'orifice calibré 71. Ledit orifice calibré pourra être remplacé par une vanne thermostatique. Revendications 1. Système de gestion de l'énergie thermique développée par un moteur thermique (10) de véhicule automobile, comprenant un réseau principal (2) incluant une pompe principale (12) pour faire circuler un fluide de cycle caloporteur entre le moteur thermique (10) et un radiateur principal (18) échangeant de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un réseau secondaire (4) dans lequel circule le même fluide de cycle caloporteur que dans le réseau principal (2), ce réseau secondaire (4) incluant un radiateur secondaire (32) et une pompe secondaire (34), le réseau principal (2) et le réseau secondaire (4) possédant un vase d'expansion commun (50). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vase d'expansion commun (50) comporte une cloison de séparation (69) qui dépasse le niveau ordinaire (67) du fluide dans le vase d'expansion. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cloison (69) est percée d'une restriction (71). 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau principal (2) comporte une vanne à quatre voies (70), une première voie (701) étant liée à la sortie du radiateur principal (18), une deuxième voie (702) étant reliée à la sortie du circuit de refroidissement du moteur (10), une troisième voie (703) étant reliée à l'entrée de la pompe principale (18), une quatrième voie (704) étant reliée à la sortie de l'aérotherme (24). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de contrôle (40) qui reçoit des informations sur la température du fluide en différents points du réseau principal (2) et du réseau secondaire (4) afin de commander la vanne à quatre voies (70). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appareil de contrôle (40) commande également la mise en marche et l'arrêt de la pompe secondaire (34). 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réseau principal (2) comprend une canalisation de moteur (8) sur laquelle sont montés la pompe principale (12) et le moteur thermique (10), une canalisation de chauffage (22) sur laquelle est monté l'aérotherme (24), une canalisation de radiateur principal (16) sur laquelle est monté le radiateur principal (18), une canalisation de court-circuit (20), la canalisation de moteur (8), la canalisation de chauffage (22), la canalisation de radiateur principal (16) et la canalisation de court-circuit (20) étant montées en parallèle. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le véhicule automobile comporte un ou plusieurs équipements en relation d'échange thermique avec le milieu qui leur est extérieur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur d'équipement (26,36), le ou les échangeurs de chaleur d'équipement étant intégrés au réseau principal (2) et/ou au réseau secondaire (4), chaque échangeur de chaleur (26,36) étant en relation d'échange de chaleur avec le fluide de cycle caloporteur qui refroidit le moteur thermique (10).