Brevet FR2833997A1 — publié le 20030627

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des circuits fluidiques, et plus particulièrement les circuits de refroidissement des véhicules à moteur thermique, et a pour objet un tel circuit de refroidissement. Compte tenu des performances de plus en plus élevées des moteurs à combustion interne, de la réduction de plus en plus importante de l'espace disponible sous le capot et autour du moteur et de la nécessité de disposer d'un contrôle de plus en plus précis des températures de plusieurs composants, associé à une gestion centralisée des flux dans ces circuits, il existe une demande insistante et constante pour des circuits de refroidissement compacts, multibranches, possédant plusieurs paramètres de réglage et mettant en ceuvre des organes de régulation adaptés au flux à contrôler dans la branche concernée. La présente invention a pour but de proposer une conception et une configuration de circuit de refroidissement permettant de répondre à la demande complexe exprimée ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur à combustion interne, comprenant notamment une portion principale de circuit de circulation réalisant le refroidissement des cylindres et des culasses et l'alimentation d'un échangeur thermique liquide de refroidissement/huile, une pompe de circulation, un réservoir de liquide de refroidissement et de dégazage, 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 étant montés dans deux sous-circuits de circulation respectifs, disposés mutuellement en dérivation ou en parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale refroidissant l'ensemble cylindres/culasses et faisant partie d'une boucle de recirculation sur ladite portion principale intégrant également ladite pompe de circulation reliée en amont auxdits deux sous-circuits et en aval à ladite portion principale, caractérisé en ce que la circulation dans le sous-circuit intégrant le radiateur de l'aérotherme principal est régulée au moyen d'une vanne proportionnelle en série dans ce sous-circuit, en ce que la circulation dans le sous-circuit intégrant le radiateur de l'aérotherme secondaire est régulé au moyen d'une soupape à étranglement en série dans ce sous-circuit, en ce qu'une sonde de température pour mesurer la température du liquide de refroidissement est montée dans la portion principale de circuit de circulation, en aval de l'ensemble cylindres/culasses et en amont de l'élément de dérivation définissant les entrées des deux sous-circuits en dérivation précités, et en ce que ledit circuit de refroidissement comprend également un sous-circuit supplémentaire disposé en dérivation ou en parallèle par rapport aux deux autres sous-circuits précités, intégrant un échangeur de chaleur pour gaz d'échappement et dans lequel la circulation est régulée au moyen d'une vanne en série dans ledit sous-circuit, lesdits trois sous-circuits se rejoignant en amont au niveau de l'entrée de la pompe de circulation. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à deux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique et fluidique d'un circuit de refroidissement selon l'invention comprenant des organes de régulation correspondant à une première variante de réalisation pratique de l'invention, et, La figure 2 est une représentation schématique et fluidique d'un circuit de refroidissement selon l'invention comprenant des organes de régulation correspondant à une seconde variante de réalisation pratique de l'invention. Comme le montrent les figures des dessins annexés, le circuit de refroidissement comprend notamment une portion principale de circuit de circulation 1 réalisant le refroidissement des cylindres 2 et des culasses 2'et l'alimentation d'un échangeur thermique 3 liquide de refroidissement/ huile, une pompe de circulation 4, un réservoir 5 de liquide de refroidissement et de dégazage, un radiateur 6 d'un aérotherme principal 6' dissipant la chaleur récupérée dans le milieu environnant, un radiateur 7 d'un aérotherme secondaire 7'dissipant la chaleur récupérée dans l'habitacle du véhicule, les deux aérothermes 6'et 7'étant montés dans deux souscircuits de circulation 8 et 9 respectifs, disposés mutuellement en dérivation ou en parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale 1 refroidissant l'ensemble cylindres 2/culasses 2'et faisant partie d'une boucle de recirculation sur ladite portion principale 1 intégrant également ladite pompe de circulation 4 reliée en amont auxdits deux sous-circuits 8 et 9 et en aval à ladite portion principale. Conformément à l'invention, la circulation dans le sous-circuit 8 intégrant le radiateur 6 de l'aérotherme principal 6'est régulée au moyen d'une vanne proportionnelle 10 en série dans ce sous-circuit 8'et la circulation dans le sous-circuit 9 intégrant le radiateur 7 de l'aérotherme secondaire 7'est régulé au moyen d'une soupape à étranglement 11 en série dans ce sous-circuit 9. De plus, une sonde de température 12 pour mesurer la température du liquide de refroidissement est montée dans la portion principale de circuit de circulation 1, en aval de l'ensemble cylindres 2/culasses 2'et en amont de l'élément de dérivation 13 définissant les entrées des deux sous-circuits 8 et 9 en dérivation précités, et ledit circuit de refroidissement comprend également un sous-circuit 14 supplémentaire disposé en dérivation ou en parallèle par rapport aux deux autres souscircuits précités 8 et 9, intégrant un échangeur de chaleur 15 pour gaz d'échappement et dans lequel la circulation est régulée au moyen d'une vanne 16 en série dans ledit sous-circuit 14, lesdits trois sous-circuits 8,9 et 14 se rejoignant en amont au niveau de l'entrée de la pompe de circulation 4. Grâce à la combinaison de ces différentes dispositions, l'invention permet de répondre à la demande exprimée précédemment. La vanne proportionnelle 9 et/ou la vanne 16 (du type proportionnel ou tout ou rien) peu (ven) t par exemple correspondre à une vanne du type décrit et représenté dans la demande de brevet français n 00 02644 du 1 er mars 2000 au nom de la demanderesse. Afin de pouvoir répondre optimalement à certains états de fonctionnement extrêmes du moteur, notamment pour aboutir à un échauffement rapide de ce dernier immédiatement après son démarrage, tout en autorisant une construction simplifiée de l'échangeur de chaleur 15 pour gaz d'échappement, il peut être avantageusement prévu que les éléments de circulation de liquide de refroidissement dans ce dernier, soient dimensionnées pour permettre le passage de la totalité du flux de liquide de refroidissement provenant de la portion principale 1 du circuit de circulation. Le sous-circuit 14, dénommé généralement"boucle chaude"et formant une dérivation optionnelle du sous-circuit 8 traversant le radiateur 6, est activé (traversé par un flux de liquide de refroidissement), lorsque la température dudit liquide est inférieure à une valeur de consigne. Ainsi, en transitant dans ce sous-circuit 14, ledit liquide ne se refroidit pas, il est au contraire réchauffé. Pour éviter les fluctuations de débit du flux réalisant le refroidissement de culasses et des cylindres, la perte de charge dans ce sous-circuit sera faible et préférentiellement identique au sous-circuit 8. Compte tenu du débit important résultant de ce fait dans ce dernier lors de l'ouverture de la vanne 16, l'intensité du transfert thermique au niveau de l'échangeur 15 sera élevée et une taille réduite de ce dernier pourra être suffisante. Selon une caractéristique de l'invention ressortant des figures 1 et 2 des dessins annexés, le circuit de refroidissement comporte, en outre, un sous-circuit additionnel 17 disposé en dérivation ou en parallèle par rapport aux trois autres sous-circuits 8,9 et 14 précités et passant par le réservoir 5 de liquide de refroidissement et de dégazage, ledit sous-circuit additionnel 17 étant constitué, d'une part, en amont dudit réservoir 5, par deux branches parallèles d'alimentation 18,18'dont l'une 18 est reliée à la partie supérieure du radiateur 6 de l'aérotherme principal 6'et débouche dans la partie inférieure dudit réservoir 5, et dont l'autre 18's'étend d'une sortie additionnelle (dégazage) de l'élément de dérivation 13 jusque dans la partie supérieure dudit réservoir 5, qui ne contient pas de liquide de refroidissement et, d'autre part, en aval dudit réservoir 5, d'une branche 18" de réinjection et de mise en charge de la pompe de circulation 4, intégrant éventuellement un organe 19 de régulation tout ou rien ou à deux états et reliée en aval à l'entrée de la pompe à circulation 4 ou à une portion avale du sous-circuit supplémentaire 14. Conformément à un premier mode de réalisation pratique de l'invention, et comme le montre la figure 1 des dessins annexés, la vanne de régulation 19 tout ou rien de la branche 18"de réinjection et de mise en charge de la pompe de circulation 4 et la vanne préférentiellement proportionnelle 16 régulant la circulation dans le sous-circuit 14 intégrant l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement 15, sont intégrées dans une même structure de vanne linéaire 21 à deux organes de régulation ou clapets. Conformément à un second mode de réalisation de l'invention, et comme le montre la figure 2 des dessins annexés, la vanne proportionnelle 10 régulant la circulation dans le sous-circuit 8 de l'aérotherme principal 6'et la vanne préférentiellement proportionnelle 16 régulant la circulation dans le sous-circuit 14 intégrant l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement 15, sont réunies dans une unique structure 20 de vanne proportionnelle à deux entrées et une sortie. Un tel exemple de structure de vanne 20 ou 21 est notamment connu de la demande de brevet français n 02 08632 du 9 juillet 2002 au nom de la demanderesse. Un tel exemple de structure de vanne 20 ou 21 proportionnelle à deux clapets est également connu de la demande de brevet français n 00 02644 précitée. Enfin, selon une variante de réalisation préférée de l'invention, aboutissant à une construction optimisée en termes de coûts de revient et de compacité, la pompe de circulation 4, l'élément de dérivation 13, les deux vannes 10 et 16, la vanne de régulation tout ou rien 19, la soupape à étranglement 11, l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement 15 et son sous-circuit 14 associé, une partie des lignes de circulation du sous-circuit 8 associé à aérotherme principal 6'et une partie des lignes de circulation du sous-circuit 9 associé à l'aérotherme secondaire 7'sont parties intégrantes d'une structure modulaire 22 d'un seul tenant en matériau thermoplastique. Une telle structure modulaire est connue en particulier de la demande de brevet français n 01 16759 du 21 décembre 2001 au nom de la demanderesse. La gestion du circuit de refroidissement selon l'invention s'effectue au moyen des trois organes de régulation 10,16 et 19 en tenant compte des mesures fournies par le capteur 12, des conditions et de l'état de fonctionnement du moteur, de la requête éventuelle de chauffage de l'habitacle et de consignes de sécurité prédéterminées, ce sous le contrôle d'une unité de gestion et de pilotage embarquée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur à combustion interne, comprenant notamment une portion principale de circuit de circulation réalisant le refroidissement des cylindres et des culasses et l'alimentation d'un échangeur thermique liquide de refroidissement/huile, une pompe de circulation, un réservoir de liquide de refroidissement et de dégazage, 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 étant montés dans deux sous-circuits de circulation respectifs, disposés mutuellement en dérivation ou en parallèle à la suite de la portion de circuit de circulation principale refroidissant l'ensemble cylindres/culasses et faisant partie d'une boucle de recirculation sur ladite portion principale intégrant également ladite pompe de circulation reliée en amont auxdits deux sous-circuits et en aval à ladite portion principale, caractérisé en ce que la circulation dans le sous-circuit (8) intégrant le radiateur (6) de l'aérotherme principal (6') est régulée au moyen d'une vanne proportionnelle (10) en série dans ce sous-circuit (8'), en ce que la circulation dans le sous-circuit (9) intégrant le radiateur (7) de l'aérotherme secondaire (7') est régulé au moyen d'une soupape à étranglement (11) en série dans ce sous-circuit (9), en ce qu'une sonde de température (12) pour mesurer la température du liquide de refroidissement est montée dans la portion principale de circuit de circulation (1), en aval de l'ensemble cylindres (2)/culasses (2') et en amont de l'élément de dérivation (13) définissant les entrées des deux sous-circuits (8 et 9) en dérivation précités, et en ce que ledit circuit de refroidissement comprend également un sous-circuit (14) supplémentaire disposé en dérivation ou en parallèle par rapport aux deux autres sous-circuits précités (8 et 9), intégrant un échangeur de chaleur (15) pour gaz d'échappement et dans lequel la circulation est régulée au moyen d'une vanne (16) en série dans ledit souscircuit (14), lesdits trois sous-circuits (8,9 et 14) se rejoignant en amont au niveau de l'entrée de la pompe de circulation (4). 2) Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les portions de ligne (14') constitutives du sous-circuit supplémentaire (14) intégrant l'échangeur de chaleur (15), ainsi que les éléments de circulation de liquide de refroidissement dans ce dernier, sont dimensionnées pour permettre le passage de la totalité du flux de liquide de refroidissement provenant de la portion principale (1) du circuit de circulation. 3) Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un souscircuit additionnel (17) disposé en dérivation ou en parallèle par rapport aux trois autres sous-circuits (8,9 et 14) précités et passant par le réservoir (5) de liquide de refroidissement et de dégazage, ledit sous-circuit additionnel (17) étant constitué, d'une part, en amont dudit réservoir (5), par deux branches parallèles d'alimentation (18,18') dont l'une (18) est reliée à la partie supérieure du radiateur (6) de l'aérotherme principal (6') et débouche dans la partie inférieure dudit réservoir (5), et dont l'autre (18') s'étend d'une sortie additionnelle de l'élément de dérivation (13) jusque dans la partie supérieure dudit réservoir (5), qui ne contient pas de liquide de refroidissement et, d'autre part, en aval dudit réservoir (5), d'une branche (18") de réinjection et de mise en charge de la pompe de circulation (4), intégrant éventuellement un organe (19) de régulation tout ou rien ou à deux états et reliée en aval à l'entrée de la pompe à circulation (4) ou à une portion avale du sous-circuit supplémentaire (14). 4) Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne proportionnelle (10) régulant la circulation dans le sous-circuit (8) de l'aérotherme principal (6') et la vanne (16) régulant la circulation dans le sous-circuit (14) intégrant l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement (15), sont réunies dans une unique structure (20) de vanne proportionnelle à deux entrées et une sortie. 5) Circuit de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne de régulation (19) tout ou rien de la branche (18") de réinjection et de mise en charge de la pompe de circulation (4) et la vanne (16) régulant la circulation dans le sous-circuit (14) intégrant l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement (15), sont intégrées dans une même structure de vanne linéaire (21) à deux organes de régulation ou clapets. 6) Circuit de circulation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pompe de circulation (4), l'élément de dérivation (13), les deux vannes (10 et 16), la vanne de régulation tout ou rien (19), la soupape à étranglement (11), l'échangeur de chaleur pour gaz d'échappement (15) et son sous-circuit (14) associé, une partie des lignes de circulation du sous-circuit (8) associé à aérotherme principal (6') et une partie des lignes de circulation du sous-circuit (9) associé à l'aérotherme secondaire (7') sont parties intégrantes d'une structure modulaire (22) d'un seul tenant en matériau thermoplastique.