Brevet FR2842250A1 — publié le 20040116

- 1 DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des circuits de refroidissement de moteurs thermiques et a pour objet un module central, formant une structure d'un seul tenant avant montage, pour un tel circuit. Les circuits de refroidissement ont actuellement tendance à comprendre de plus en plus de sous-circuits pour réaliser des fonctionnalités additionnelles, alors que l'espace disponible sous le capot moteur et en particulier autour du bloc moteur est limité. L'invention s'applique plus particulièrement à un circuit de refroidissement de véhicule à moteur à combustion interne qui comprend 10 notamment une portion principale de circuit de circulation réalisant le refroidissement des cylindres et des culasses, une pompe de circulation, un échangeur de chaleur pour gaz d'échappement, un radiateur d'un aérotherme principal dissipant la chaleur récupérée dans le milieu environnant, un radiateur d'un aérotherme secondaire dissipant la chaleur récupérée dans 15 l'habitacle du véhicule, les deux aérothermes et l'échangeur étant montés dans trois sous-circuits de circulation respectifs, disposés mutuellement en dérivation ou en parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale et formant avec cette dernière une boucle de circulation multibranche, ladite portion principale intégrant dans un segment unitaire 20 ladite pompe de circulation reliée, en amont, auxdits trois sous-circuits et, en aval, aux moyens de refroidissement des cylindres et culasses. Le but de l'invention est de réduire l'encombrement d'un tel circuit, le nombre de parties constitutives à monter et à assembler in situ, ainsi que la durée du montage, le cot de revient et la complexité des boucles de circulation de liquide de refroidissement. A cet effet, l'idée à la base de l'invention consiste à intégrer différentes portions de circuit en une structure unitaire préfabriquée sous la forme d'un module central pour circuit de refroidissement du type précité, ledit module étant caractérisé en ce qu'il forme un corps creux rigide à plusieurs cavités, constitué par l'assemblage de trois sousmodules structurels, à savoir un premier sous-module renfermant une pièce creuse à chambre de distribution de flux, deux portions de conduits du sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme principal, une portion de conduit du sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme secondaire et une -2 portion de conduit du sous-circuit alimentant l'échangeur thermique, un deuxième sous-module renfermant une partie au moins de l'enveloppe de l'échangeur thermique, des portions de conduits additionnelles du souscircuit alimentant ce dernier et une portion de conduit additionnelle du sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme principal, et un troisième sous-module renfermant la pompe de circulation, des portions de conduit terminales respectivement du sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme principal, du sous-circuit alimentant l'échangeur thermique et du sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme secondaire et des 10 portions de conduit formant une partie du segment commun de la portion de circuit principale s'étendant en amont et en aval de la pompe de circulation, les premier et troisième modules étant assemblés avec le deuxième module au niveau de deux zones d'assemblage situées à deux extrémités opposées de ce dernier, l'assemblage étant réalisé par emboîtement mutuel de portions 15 de conduit complémentaires de mêmes sous-circuits faisant partie des différents sous-modules, un premier organe de régulation étant monté dans le sous-circuit alimentant le radiateur de l'aérotherme principal et un second organe de régulation étant monté dans le sous-circuit alimentant l'échangeur thermique pour gaz d'échappement. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: La figure 1 est une représentation symbolique d'un circuit de 25 refroidissement en partie constitué par un module central selon l'invention; La figure 2 est une représentation maillée, sous la forme d'une vue en élévation latérale arrière, d'un module central selon l'invention; La figure 3 est une représentation maillée en perspective du module de la figure 1, le troisième sous module étant enlevé; Les figures 4 à 8 sont des vues en élévation latérale selon différentes directions du module central des figures 1 et 2, les organes de régulation du souscircuit alimentant l'échangeur thermique et du segment de circuit de mise en charge étant enlevés, et, Les figures 9 et 10 sont des vues en élévation latérale selon 35 deux directions différentes et à une échelle différente du deuxième sousmodule faisant partie du module central de la figure 2. - 3 Comme le montre la figure 1 est dessins annexés, l'invention s'applique à un circuit de refroidissement 2 comprenant notamment une portion principale 3 de circuit de circulation réalisant le refroidissement des cylindres 4 et des culasses 4', une pompe de circulation 5, un échangeur de chaleur 6 pour gaz d'échappement, un radiateur 7' d'un aérotherme principal 7 dissipant la chaleur récupérée dans le milieu environnant, un radiateur 8' d'un aérotherme secondaire 8 dissipant la chaleur récupérée dans l'habitacle du véhicule, les deux radiateurs des aérothermes et l'échangeur 6 étant montés dans trois souscircuits de circulation 9, 10, Il respectifs, disposés 10 mutuellement en dérivation ou en parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale 3 et formant avec cette dernière une boucle de circulation multibranche, ladite portion principale 3 intégrant dans un segment unitaire ladite pompe de circulation 5 reliée, en amont, auxdits trois sous-circuits 9, 10,11 et, en aval, aux moyens de refroidissement des 15 cylindres et culasses (représentés en traits interrompus dans le bloc moteur 4"), comprenant un échangeur eau/huile (dénommé modine sur la figure 1). Conformément à l'invention, ledit module 1 forme un corps creux rigide à plusieurs cavités, constitué par l'assemblage de trois sousmodules structurels 1', 1" et 1"'. Un premier sous-module 1' renferme une pièce creuse 12 à chambre 12' de distribution de flux, deux portions de conduits 13, 13' du sous-circuit 9 alimentant le radiateur 7' de l'aérotherme principal 7, une portion de conduit 14 du sous-circuit 10 alimentant le radiateur 8' de l'aérotherme secondaire 8 et une portion de conduit 15 du sous-circuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6. Un deuxième sous-module 1" renferme une partie au moins de l'enveloppe 16 de l'échangeur thermique 6, des portions de conduits additionnelles 17, 17' du sous-circuit 11 alimentant ce dernier et une portion de conduit additionnelle 18 du sous-circuit 9 alimentant le radiateur 7' de l'aérotherme principal 7. Un troisième sous-module 1"' renferme la pompe de circulation 5, des portions de conduit terminales 19, 19' et 19" respectivement du souscircuit 9 alimentant le radiateur 7' de l'aérotherme principal 7, du souscircuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6 et du sous-circuit 10 35 alimentant le radiateur 8' de l'aérotherme secondaire 8 et des portions de conduit 20 et 20' formant une partie du segment commun de la portion de 4 circuit principale 3 s'étendant en amont et en aval de la pompe de circulation 5. Les premier 1' et troisième 1" modules sont assemblés avec le deuxième module 1" au niveau de deux zones d'assemblage ZAI et ZA2 situées à deux extrémités opposées de ce dernier, l'assemblage étant réalisé par emboîtement mutuel de portions de conduit complémentaires de mêmes souscircuits faisant partie des différents sous-modules 1', 1", 1"', un premier organe de régulation 21 étant monté dans le sous-circuit 9 alimentant le radiateur 7' de l'aérotherme principal 7 et un second organe de 10 régulation 22 étant monté dans le sous-circuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6 pour gaz d'échappement. Le module central 1 regroupe ainsi des portions plus ou moins importantes des principales parties du circuit de refroidissement dans une disposition prédéfinie et reproductible conforme à la configuration dudit 15 circuit, facilitant son montage, son branchement et sa maintenance et réduisant son encombrement (réduction des espaces vides entre conduits, exploitation optimale de l'espace disponible). En vue de l'assemblage des premier et troisième sous-modules 1' et 1"' avec le deuxième sous-module 1', ce dernier comporte des 20 extrémités de portions de conduits droites, formant pièces mâles, alors que lesdits deux autres sous-modules 1' et 1"' présentent des extrémités de portions de conduits évasées ou élargies sur une certaine profondeur, autorisant un emmanchement ajusté en elles des extrémités des portions droites du deuxième sous-module 1' (présence d'épaulements internes formant butées). Les différents emboîtements, formant zones de raccordement pour les souscircuits concernés 9 et 11, seront verrouillés par des flasques d'assemblage coopérants recevant des moyens de fixation (par exemple des ensembles vis - écrous) et étanchéifiés par des joints de compression, par exemple toriques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, permettant une bonne répartition de l'encombrement du module et représenté aux figures 2 à 8, ce dernier présente avantageusement une structure allongée à extension tridimensionnelle, s'étendant après montage sur au moins deux 35 faces du bloc moteur 4". Les sous-modules 1', 1", 1"' sont réalisés en un matériau thermoplastique, le premier 1' et le troisième 1"' sous-modules étant formés par l'assemblage par soudage par vibrations de deux pièces venues de moulage, le deuxième sous-module 1" étant formé d'un seul tenant. Comme le montrent également les figures 2 à 8, le premier 1' et le deuxième 1" sous-modules consistent essentiellement en deux structures de conduits disposées côte à côte. En vue de faciliter sa réalisation en production industrielle, le troisième sous-module 1"' présente un plan de joint 23 traversant le carter de la pompe de circulation 5, une des deux moitiés de ce dernier étant formée d'un seul tenant avec une bride de montage et d'accouplement 24 d'un moteur d'entraînement 25 pour ladite pompe 5. Selon une autre caractéristique de l'invention, le module central 1 peut comprendre, en outre, une portion de conduit 26' d'un segment de circuit 26 de mise en charge de la pompe de circulation 5 relié, extérieurement au module 1, à un réservoir de dégazage 27 dans lequel débouchent deux segments de circuits de dégazage parallèles 28, 28' dont 15 l'un 28 est relié fluidiquement au radiateur 7' de l'aérotherme principal 7 et dont l'autre 28' est relié fluidiquement à la partie supérieure de la pièce creuse 12 à la chambre 12' de distribution de flux, ladite portion de conduit intégrée 26' du segment de circuit de mise en charge 26 intégrant un organe 29 de régulation du flux traversant ledit segment 26 et la pièce creuse à 20 chambre de distribution 12 comportant un logement 12" pour un capteur de température. Un tel circuit de refroidissement, représenté schématiquement sous forme fluidique, est en particulier connu de la demande de brevet français n0 02 08794 du 12 juillet 2002 au nom de la demanderesse. Pour permettre une connexion fluidique aisée du module central 1, les interfaces de branchements externes des portions de conduits formant des parties, intégrées audit module 1, des sous-circuits d'alimentation 9, 10 des radiateurs 7', 8' des deux aérothermes 7, 8, d'un 28' des segments de circuits de dégazage, du segment 26 de circuit de mise en 30 charge et de la partie 20 de la portion de circuit principal 3 s'étendant en amont de la pompe de circulation 5, se présentent sous la forme d'embouts 30 formés d'un seul tenant avec le sous-module 1', 1", 1"' respectif correspondant, la pièce creuse 12 à chambre de distribution 12' présentant une ouverture d'entrée 31 entourée d'un flasque de fixation 31' pour un 35 montage étanche sur la sortie du bloc moteur 4" de la portion de circuit de circulation principale 3, au niveau des culasses 4'. - 6 Pour faciliter la compréhension de la correspondance entre la figure symbolique 1 et les autres figures des dessins annexés, les repères localisateurs A à O de la figure 1 ont été repris sur les figures 2 et 3. Comme le montre la figure 3 des dessins annexés, la vanne proportionnelle ou tout ou rien 22 correspondant à l'organe de régulation du sous-circuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6 consiste en une pièce rapportée, dont le corps 22' forme une partie dudit sous-circuit 11 et présente au niveau de ses ouvertures d'entrée et de sortie des flasques de fixation respectifs 32, 32' pour un montage étanche sur un flasque 33 de 10 l'ouverture de sortie de l'enveloppe 16 de l'échangeur thermique 6 et sur la portion de conduit terminale 19' du sous-circuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6 faisant partie intégrante du troisième sousmodule 1"'. Ladite portion de conduit terminale 19' sera bien entendu munie d'un flasque de fixation complémentaire 19"' adapté. Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, ressortant également de la figure 3 des dessins annexés, l'organe 22 de régulation du flux dans le sous-circuit 11 alimentant l'échangeur thermique 6 et l'organe 29 de régulation du flux dans le segment de circuit 26 de mise en charge de la pompe de circulation 5 se présentent 20 sous la forme d'un dispositif unique de vanne 34 à deux entrées et une sortie, par exemple d'une vanne linéaire, les flux provenant du sous-circuit 11 et du segment de circuit 26 précités étant mélangés au niveau de l'ouverture de sortie de ladite vanne double. Une telle vanne linéaire à deux clapets est notamment connu de 25 la demande de brevet français n0 02 08632 du 9 juillet 2002 au nom de la demanderesse. De plus, l'organe de régulation 21, dont l'actionneur est monté dans un boîtier de protection 21', pourra éventuellement correspondre à une vanne à commande proportionnelle telle que celle connue de la demande de 30 brevet français n0 2 805 878 du 1er mars 2000 au nom de la demanderesse, ou de la demande de brevet français n0 01 16314 du 17 décembre 2001, également au nom de la demanderesse. Afin d'autoriser dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, notamment au démarrage, un échauffement rapide du liquide de 35 circulation, il peut être prévu que la perte de charge dans le souscircuit 11 alimentant ou traversant l'échangeur thermique 6 pour les gaz d'échappement est sensiblement équivalente à la perte de charge dans le -7 sous-circuit 9 alimentant ou traversant le radiateur 7' de l'aérotherme principal 7. La présente invention a également pour objet, comme le montre la figure 1, un circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un module central 1, tel que décrit ci-dessus, relié aux moyens de refroidissement des cylindres 4 et des culasses 4', aux radiateurs 7' et 8' des aérothermes principal 7 et secondaire 8 et, le cas échéant, à un réservoir de dégazage 27, par l'intermédiaire de portions de tuyaux ou de manchons adaptés. La gestion des flux dans ce circuit 2 sera réalisée par le pilotage des organes de régulation 21, 22 et 29. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers 15 éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - 8 REVENDICATIONS 1. Module central pour circuit de refroidissement de véhicule à moteur à combustion interne, ledit circuit comprenant notamment une portion principale de circuit de circulation réalisant le refroidissement des cylindres et des culasses, une pompe de circulation, un échangeur de chaleur pour gaz d'échappement, un radiateur d'un aérotherme principal dissipant la chaleur récupérée dans le milieu environnant, un radiateur d'un aérotherme secondaire dissipant la chaleur récupérée dans l'habitacle du véhicule, les deux aérothermes et l'échangeur étant montés dans trois souscircuits de circulation respectifs, disposés mutuellement en dérivation ou en 10 parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale et formant avec cette dernière une boucle de circulation multibranche, ladite portion principale intégrant dans un segment unitaire ladite pompe de circulation reliée, en amont, auxdits trois sous-circuits et, en aval, aux moyens de refroidissement des cylindres et culasses, module (1) caractérisé 15 en ce qu'il forme un corps creux rigide à plusieurs cavités, constitué par l'assemblage de trois sous-modules structurels (1', 1" et 1"'), à savoir un premier sousmodule (1') renfermant une pièce creuse (12) à chambre (12') de distribution de flux, deux portions de conduits (13, 13') du sous-circuit (9) alimentant le radiateur (7') de l'aérotherme principal (7), une portion de 20 conduit (14) du sous-circuit (10) alimentant le radiateur (8') de l'aérotherme secondaire (8) et une portion de conduit (15) du sous-circuit (11) alimentant l'échangeur thermique (6), un deuxième sousmodule (1") renfermant une partie au moins de l'enveloppe (16) de l'échangeur thermique (6), des portions de conduits additionnelles (17, 17') du sous-circuit (11) alimentant 25 ce dernier et une portion de conduit additionnelle (18) du sous-circuit (9) alimentant le radiateur (7') de l'aérotherme principal (7), et un troisième sous-module (1"') renfermant la pompe de circulation (5), des portions de conduit terminales (19, 19' et 19") respectivement du sous-circuit (9) alimentant le radiateur (7') de l'aérotherme principal (7), du sous-circuit 30 (11) alimentant l'échangeur thermique (6) et du sous-circuit (10) alimentant le radiateur (8') de l'aérotherme secondaire (8) et des portions de conduit (20 et 20') formant une partie du segment commun de la portion de circuit principale (3) s'étendant en amont et en aval de la pompe de circulation (5), les premier (1') et troisième (1") modules étant assemblés avec le deuxième -9 module (1") au niveau de deux zones d'assemblage (ZA 1 et ZA2) situées à deux extrémités opposées de ce dernier, l'assemblage étant réalisé par emboîtement mutuel de portions de conduit complémentaires de mêmes sous-circuits faisant partie des différents sous-modules (1', 1", 1"'), un premier organe de régulation (21) étant monté dans le sous-circuit (9) alimentant le radiateur (7') de l'aérotherme principal (7) et un second organe de régulation (22) étant monté dans le sous-circuit (11) alimentant l'échangeur thermique (6) pour gaz d'échappement. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 10 présente une structure allongée à extension tridimensionnelle, s'étendant après montage sur au moins deux faces du bloc moteur (4"), en ce que les sousmodules (1', 1", 1"') sont réalisés en un matériau thermoplastique, le premier (1') et le troisième (1"') sous-modules étant formés par l'assemblage par soudage par vibrations de deux pièces venues de moulage, le deuxième 15 sous-module (1") étant formé d'un seul tenant, et en ce que le premier (1') et le deuxième (1") sous-modules consistent essentiellement en deux structures de conduits disposées côte à côte. 3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que le troisième sous-module (1"') présente un plan de joint (23) traversant le 20 carter de la pompe de circulation (5), une des deux moitiés de ce dernier étant formée d'un seul tenant avec une bride de montage et d'accouplement (24) d'un moteur d'entraînement (25) pour ladite pompe (5). 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une portion de conduit (26') d'un 25 segment de circuit (26) de mise en charge de la pompe de circulation (5) relié, extérieurement au module (1), à un réservoir de dégazage (27) dans lequel débouchent deux segments de circuits de dégazage parallèles (28, 28') dont l'un (28) est relié fluidiquement au radiateur (7') de l'aérotherme principal (7) et dont l'autre (28') est relié fluidiquement à la partie 30 supérieure de la pièce creuse (12) à la chambre (12') de distribution de flux, ladite portion de conduit intégrée (26') du segment de circuit de mise en charge (26) intégrant un organe (29) de régulation du flux traversant ledit segment (26) et la pièce creuse à chambre de distribution (12) comportant un logement (12") pour un capteur de température. 5. Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que les interfaces de branchements externes des portions de conduits formant des parties, intégrées audit module (1), des sous-circuits d'alimentation (9, 10) -10 des radiateurs (7', 8') des deux aérothermes (7, 8), d'un (28') des segments de circuits de dégazage, du segment (26) de circuit de mise en charge et de la partie (20) de la portion de circuit principal (3) s'étendant en amont de la pompe de circulation (5), se présentent sous la forme d'embouts (30) formés d'un seul tenant avec le sous-module (1', 1", 1"') respectif correspondant, la pièce creuse (12) à chambre de distribution (12') présentant une ouverture d'entrée (31) entourée d'un flasque de fixation (31') pour un montage étanche sur la sortie du bloc moteur (4") de la portion de circuit de circulation principale (3), au niveau des culasses (4'). 6. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vanne proportionnelle ou tout ou rien (22) correspondant à l'organe de régulation du sous-circuit (11) alimentant l'échangeur thermique (6) consiste en une pièce rapportée, dont le corps (22') forme une partie dudit sous-circuit (11) et présente au niveau de ses 15 ouvertures d'entrée et de sortie des flasques de fixation respectifs (32, 32') pour un montage étanche sur un flasque (33) de l'ouverture de sortie de l'enveloppe (16) de l'échangeur thermique (6) et sur la portion de conduit terminale (19') du sous-circuit (11) alimentant l'échangeur thermique (6) faisant partie intégrante du troisième sousmodule (1"'). 7. Module selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'organe (22) de régulation du flux dans le souscircuit (11) alimentant l'échangeur thermique (6) et l'organe (29) de régulation du flux dans le segment de circuit (26) de mise en charge de la pompe de circulation (5) se présentent sous la forme d'un dispositif unique de vanne 25 (34) à deux entrées et une sortie, par exemple d'une vanne linéaire, les flux provenant du sous-circuit (11) et du segment de circuit (26) précités étant mélangés au niveau de l'ouverture de sortie de ladite vanne double. 8. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la perte de charge dans le sous-circuit (11) alimentant 30 ou traversant l'échangeur thermique (6) pour les gaz d'échappement est sensiblement équivalente à la perte de charge dans le sous-circuit (9) alimentant ou traversant le radiateur (7') de l'aérotherme principal (7). 9. Circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un module central (1) 35 selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, relié aux moyens de refroidissement des cylindres (4) et des culasses (4'), aux radiateurs (7' et 8') des aérothermes principal (7) et secondaire (8) et, le cas échéant, à un -11 réservoir de dégazage (27), par l'intermédiaire de portions de tuyaux ou de manchons adaptés.