Brevet FR2848248A1 — publié le 20040611

i Circuit de refroidissement de moteur à combustion interne La présente invention concerne un circuit de refroidissement de moteur à combustion interne. De nombreux travaux ont été consacrés à l'amélioration de la circulation de liquide de refroidissement à l'intérieur des moteurs à combustion interne. En particulier, plusieurs études concernent des chambres d'eau culasse et carter-cylindres en plusieurs parties L'objectif principal de ce partitionnement est l'obtention d'un 1o meilleur refroidissement de zones spécifiques de la culasse et du cartercylindres. Ces zones spécifiques sont la chambre de combustion et les pipes échappement pour la culasse et la partie supérieure pour le carter-cylindres. Des objectifs secondaires sont également atteints par ce partitionnement. Ainsi le document US 4730579 décrit un partitionnement qui permet 15 le refroidissement de l'air d'admission passant dans la culasse afin d'améliorer le remplissage d'air. Le document DE décrit un partitionnement qui permet l'augmentation de la rigidité de la culasse. D'autre part, la principale évolution concernant ces chambres d'eau multiples est la gestion du débit de liquide de refroidissement. Ainsi, le 20 débit de liquide de refroidissement est géré différemment dans chaque partie. Dans les documents JP 58035221 et JP 5099085 les chambres d'eau de la culasse sont en plusieurs parties. Dans le premier document, le partitionnement assure le refroidissement de l'air dans la zone de squish. 25 Dans le deuxième document, le partitionnement permet l'amélioration du remplissage en réduisant les transferts thermiques entre le liquide de refroidissement chaud et l'air d'admission. Dans les documents FR 2594484, DE 3226880 et JP 58065927, les chambres d'eau du carter-cylindres sont en plusieurs parties. Dans le premier document, le partitionnement permet d'optimiser le refroidissement moteur. Dans le deuxième document, le partitionnement permet d'optimiser la montée en température (huile, habitacle...) lors du démarrage. Quant au troisième document, le partionnement permet la réduction du cliquetis. Cependant l'inconvénient principal des circuits de refroidissement décrits dans tous ces documents est l'augmentation du nombre de composants tels que thermostat, vanne, radiateur par rapport à un circuit de refroidissement classique tel que présenté à la figure 4. La présente invention a pour but de proposer un circuit de refroidissement de conception et de fonctionnement simple permettant toutefois une gestion optimale du refroidissement moteur. Ce but est atteint par un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne comprenant un échangeur de chaleur air/liquide destiné 15 à l'évacuation de la chaleur du moteur, appelé radiateur, des moyens pour réduire ou supprimer le débit du fluide de refroidissement dans le radiateur en fonction de la température du fluide, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une chambre d'eau culasse comprenant au moins deux parties connectées entre elles, une chambre d'eau culasse inférieure et 2o au moins une chambre d'eau culasse supérieure, chaque chambre d'eau culasse supérieure étant connectées au radiateur, une chambre d'eau carter-cylindres connectée à la chambre d'eau culasse inférieure, une pompe placée en amont du moteur et assurant la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement, la sortie de la pompe étant connecté à la 25 chambre d'eau culasse inférieure ou à la chambre carter-cylindres de sorte que lorsque les moyens de réduction de débit empêchent le fluide de circuler dans le radiateur, le fluide circule au moins dans la chambre d'eau culasse inférieure. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un circuit de refroidissement selon l'invention avec une branche by-pass permanente. la figure 2 représente un circuit de refroidissement selon une autre variante de réalisation de l'invention avec une branche by-pass permanente. la figure 3 représente un circuit de refroidissement selon une autre variante de réalisation de l'invention avec une branche by-pass permanente. 10 la figure 4 représente un circuit de refroidissement à l'état de la technique. A la figure 4 est représenté un circuit de refroidissement du moteur à combustion interne de type classique. Ce circuit comprend essentiellement une pompe 101, un circuit de circulation de fluide de 15 refroidissement interne au moteur au travers du cartercylindres et de la culasse formé par une chambre d'eau carter-cylindres 102 et une chambre d'eau culasse 103, un échangeur 105 de chaleur air/liquide destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur, appelé radiateur, un échangeur de chaleur 106 de chaleur air/liquide utilisé pour le chauffage habitacle, appelé 20 aérotherme, un thermostat 104 permettant de réduire ou de supprimer le débit dans le radiateur durant les phases de démarrage à froid. Le thermostat peut être remplacé par une vanne proportionnelle dans certaines applications. Le circuit de refroidissement selon l'invention va à présent être 25 décrit en référence aux figures 1 et 2. Le circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne selon l'invention comprend une chambre d'eau de la culasse comportant au moins deux parties 3, 3'. Une première partie constitue une chambre d'eau culasse inférieure 3 et au moins une deuxième partie constitue une ou plusieurs 30 chambres d'eau culasse supérieures 3'. Selon la variante représentée à la figure 1 une seule chambre d'eau 3' culasse supérieure est représentée, cependant la deuxième partie peut comporter plusieurs chambres supérieures connectées entre elles par au moins un passage de sorte que le fluide de refroidissement puisse circuler d'une chambre supérieure à une autre. La chambre d'eau inférieure 3 de la culasse est située à proximité immédiate de la chambre de combustion. Selon une variante de réalisation, la hauteur de la chambre 3 est comprise entre 5 et 25 mm. La ou les chambres d'eau supérieures 3' de la culasse assurent le 10 refroidissement des pipes échappement d'un moteur et éventuellement de l'huile du système de distribution du moteur. La ou les chambres d'eau supérieures 3' de la culasse comportent une conduite de sortie 13 connectée à un radiateur 5. Lorsqu'il y a plusieurs chambres 3' d'eau supérieures de culasse, toutes les sorties peuvent être connectées sur une 15 même conduite reliée au radiateur 5. Les chambres d'eau inférieure 3 et supérieures 3' de la culasse communiquent entre elles par l'intermédiaire d'au moins un passage de sorte que le fluide de refroidissement puisse circuler dans les différentes chambres d'eau 3, 3' de la culasse si besoin. Le circuit de refroidissement comprend également unes chambre d'eau carter-cylindres comportant au moins deux parties 2, 2'. La chambre d'eau supérieure du carter-cylindres 2 communique avec la chambre d'eau inférieure 3 par l'intermédiaire d'au moins un passage. Selon une variante de réalisation, la hauteur de la chambre 2 est inférieure à la demi-course du 25 piston. Le circuit de refroidissement comprend une pompe 1 située en amont du moteur et assurant la circulation du fluide. La sortie 10 de la pompe 1 de refoulement du liquide de refroidissement est connectée soit au niveau de la chambre d'eau du carter- cylindres 2 tel que représenté à la figure 1, soit au niveau de la chambre d'eau inférieure de la culasse 3. Si la sortie 10 de la pompe est située au niveau de la chambre d'eau du carter-cylindres 2, la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 comporte 5 une conduite 12 de sortie connectée à un radiateur 5 destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur par une première conduite 18, à l'aérotherme 6 par une deuxième conduite 14, et à l'entrée de la pompe 1 par les conduites 15 et 16. Si la sortie 10 de la pompe est située au niveau de la chambre d'eau 10 inférieure de la culasse 3, la chambre d'eau du carter-cylindres 2 peut comporter une conduite 12 de sortie connectée à un radiateur 5 destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur par une première conduite 18, à l'aérotherme 6 par une deuxième conduite 14, et à l'entrée de la pompe 1 par les conduites 15 et 16. Le circuit de refroidissement comprend également un thermostat ou une vanne 4 situé sur une conduite 21 de sortie du radiateur 5 permettant de réduire ou de supprimer le débit dans le radiateur 5 durant les phases de démarrage à froid. L'ouverture du thermostat ou de la vanne 4 peut si nécessaire obturer la conduite 15. Un dispositif anti-retour 19 peut être installé sur la conduite de sortie 13 reliant la ou les chambres d'eau culasse 3' supérieure au radiateur 5. Lorsque la chambre d'eau 2 carter-cylindres comprend plusieurs parties, la chambre d'eau carter cylindres 2' dite inférieure est connectée au 25 radiateur 5 par une conduite 11 qui peut comprendre un dispositif antiretour 20. Lorsque la chambre d'eau 2 carter-cylindres est constituée d'une seule partie, elle est connectée au radiateur 5 par une conduite 11 qui peut comprendre un dispositif anti-retour 20. Selon l'agencement du circuit de refroidissement selon l'invention, le 30 fluide de refroidissement entre dans le moteur par la chambre d'eau du carter cylindres 2 ou la chambre d'eau inférieure de la culasse 3'. Le fluide sortant de la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 ou de la chambre d'eau du carter-cylindres 2 se répartit entre le radiateur, l'aérotherme 6, et dans les conduites 15 et 16 si le thermostat ou la vanne 4 est partiellement ouvert. Le fluide sortant de la ou les chambres supérieures de la culasse 3' circule dans le radiateur 5. Le fluide sortant du radiateur 5 circule dans le thermostat ou la vanne 4. Les sorties du thermostat ou de la vanne 4, de l'aérotherme 6, sont collectées en amont de la pompe 1. Lorsque la chambre d'eau 2 carter-cylindres comprend plusieurs parties, le fluide sortant de la ou les chambres d'eau 2' carter-cylindres inférieures alimente le radiateur 5 par une conduite correspondante 11. Le fonctionnement du circuit de refroidissement selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Durant les phases de démarrage à froid, le 15 thermostat ou la vanne 4 est fermé. La fermeture du thermostat ou de la vanne interdit la circulation du fluide dans le radiateur 5 et dans la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3', et dans la ou les chambres d'eau carter-cylindres 2' inférieures. Il n'y a donc pas de circulation de fluide entre la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 et la ou les 20 chambres culasse supérieures 3' d'une part, et la chambre d'eau cartercylindres inférieure 2' et la chambre d'eau carter-cylindres supérieure 2 d'autre part. A la sortie de la pompe 1, le fluide de refroidissement ne circule que dans la chambre d'eau du carter-cylindres 2 et dans la chambre d'eau 25 inférieure de la culasse 3. A la sortie de la pompe 1, le fluide de refroidissement ne circule que dans la chambre d 'eau du carter-cylindres 2 et dans la chambre d'eau inférieure de la culasse 3. A la sortie de la chambre d'eau carter-cylindres 2 ou de la chambre d'eau culasse inférieure 3, le fluide circule dans l'aérotherme 6 et éventuellement dans la conduite 15. La sortie 17 de l'aérotherme 6 et la conduite 16 aboutissent dans la pompe a eau. Lorsque le fluide de refroidissement a atteint sa température de fonctionnement, le thermostat ou la vanne 4 est ouvert. A la sortie de la 5 pompe 1, le fluide de refroidissement circule dans toutes les chambres d'eau du carter-cylindres 2, 2' et dans toutes les chambres d'eau de la culasse 3 et 3'. Le fluide sortant de la chambre d'eau carter-cylindres 2 ou de la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 se répartit entre le radiateur 5, l'aérotherme 6 et éventuellement dans la conduite 15. Le fluide sortant 1o de la ou des chambres d'eau supérieures de la culasse 3' circule dans le radiateur 5. Le fluide sortant du radiateur 5 par la conduite 21 de sortie entre dans le thermostat ou la vanne 4. Les sorties du thermostat ou de la vanne 4 et de l'aérotherme 6 sont collectées en amont de la pompe 1 par les conduites correspondantes 16 et 17. Selon une autre variante de réalisation représentée à la figure 3, la sortie 10 de la pompe 1 est connectée au niveau de la chambre d'eau inférieure de la culasse 3. La chambre d'eau inférieure de la culasse 3 comporte une conduite 12 de sortie connectée à un radiateur 5 destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur par une première conduite 18, à 20 l'aérotherme 6 par une deuxième conduite 14, et à l'entrée de la pompe 1 par les conduites 15 et 16. La chambre d'eau culasse supérieure est connectée au radiateur 5 par une conduite 13 qui peut comprendre un dispositif anti-retour 19. La chambre d'eau 2 carter-cylindres est connectée au radiateur 5 par une conduite 11 qui peut comprendre un dispositif anti25 retour 20. Dans cette variante, le fonctionnement du circuit de refroidissement est le suivant. Durant les phases de démarrage à froid, le thermostat ou la vanne 4 est fermé. La fermeture du thermostat ou de la vanne interdit la circulation du fluide dans le radiateur 5, la ou les chambres d'eau du carter30 cylindres 2 et la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3'. Il n'y a donc pas de circulation de fluide entre la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 d'une part, et la chambre carter- cylindres 2 et la ou les chambres supérieures culasse 3' d'autre part. A la sortie de la pompe 1, le fluide de refroidissement circule dans la 5 chambre d'eau inférieure de la culasse 3. A la sortie de la chambre d'eau inférieure culasse 3, le fluide circule dans l'aérotherme 6 et éventuellement dans la conduite 15. La sortie 17 de l'aérotherme 6 et la conduite 16 aboutissent à un collecteur (non représenté) situé en amont de la pompe à eau 1. Lorsque le fluide de refroidissement a atteint sa température de fonctionnement, le thermostat ou la vanne 4 est ouvert. A la sortie de la pompe 1, le fluide de refroidissement circule dans la chambre d'eau du carter-cylindres 2 et dans toutes les chambres d'eau de la culasse 3 et 3'. Le fluide sortant de la chambre d'eau inférieure de la culasse 3 se répartit 15 entre le radiateur 5, l'aérotherme 6 et éventuellement dans la conduite 15. Le fluide sortant de la ou des chambres d'eau supérieures de la culasse 3' et de la chambre d'eau du carter-cylindres 2 circule dans le radiateur 5. Le fluide sortant du radiateur 5 par la conduite 21 de sortie entre dans le thermostat ou la vanne 4. Les sorties du thermostat ou de la vanne 4 et de 20 l'aérotherme 6 sont collectées en amont de la pompe 1 par les conduites correspondantes 16 et 17. Le circuit de refroidissement selon l'invention permet notamment de réduire le temps de mise en température du fluide de refroidissement du fait de la réduction de la masse de fluide à chauffer durant les phases de 25 démarrage à froid. Les volumes d'eau contenus dans la ou les chambres d'eau inférieures du carter-cylindres 2' ou la ou les chambres d'eau du carter-cylindres 2 et la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3'ne sont mis en circulation qu'à l'ouverture du thermostat ou de la vanne. Cette réduction permet d'accélérer le chauffage de l'habitacle. Le circuit de refroidissement selon l'invention permet également de réduire le temps de mise en température des parois des pipes d'échappement du fait de la suppression de la circulation de fluide de refroidissement dans la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3' 5 assurant le refroidissement des pipes échappement. Cette réduction permet de diminuer le temps d'amorçage des systèmes de dépollution de moteurs à combustion interne situés dans la ligne d'échappement du moteur. Le circuit de refroidissement selon l'invention permet également de réduire le temps de mise en température des éléments de la chambre de 10 combustion durant les phases de démarrage à froid due à la montée en température plus rapide du fluide de refroidissement. Cette réduction permet, lors ce ces phases, de diminuer les émissions de polluants, notamment les hydrocarbures imbrlés et de diminuer la consommation de carburant par diminution des frottements d'une part et par augmentation du 15 rendement de combustion d'autre part. REVENDICATIONS 1. Circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne comprenant un échangeur (5) de chaleur air/liquide destiné à l'évacuation 5 de la chaleur du moteur, appelé radiateur, des moyens (4) pour réduire ou supprimer le débit du fluide de refroidissement dans le radiateur (5) en fonction de la température du fluide, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une chambre d'eau culasse comprenant au moins deux parties connectées entre elles, une chambre (3) d'eau culasse 10 inférieure et au moins une chambre d'eau (3') culasse supérieure, chaque chambre d'eau (3') culasse supérieure étant connectées au radiateur (5), une chambre (2) d'eau carter-cylindres connectée à la chambre d'eau (3) culasse inférieure, une pompe (1) placée en amont du moteur et assurant la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement, la sortie (13) de la 15 pompe (1) étant connecté à la chambre d'eau (3) culasse inférieure ou à la chambre (2) carter-cylindres de sorte que lorsque les moyens (4) de réduction de débit empêchent le fluide de circuler dans le radiateur (5), le fluide circule au moins dans la chambre (3) d'eau culasse inférieure. 2. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que lorsque la sortie (10) de la pompe (1) est connectée à la chambre d'eau (3) culasse inférieure, la sortie de la chambre d'eau (2) cartercylindres est connectée d'une part à l'entrée de la pompe 1 et d'autre part au radiateur (5), 3. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en 25 ce que lorsque la sortie (11) de la pompe (1) est connectée à la chambre d'eau (3) culasse inférieure, la sortie de la chambre d'eau (3) culasse inférieure est connectée d'une part à la pompe (1) et d'autre part au radiateur (5), la sortie de la chambre d'eau (2) carter-cylindres est connectée au radiateur (5). il 4. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la sortie (10) de la pompe (1) est connectée à la chambre d'eau (2) carter-cylindres, la sortie de la chambre d'eau (3) culasse inférieure est connectée d'une part à l'entrée de la pompe et d'autre part au radiateur (5). 5. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre d'eau (2) carter-cylindres comprend au moins une chambre d'eau (2') carter-cylindres dite inférieure connectée à la partie supérieure de la chambre d'eau (2) carter-cylindres, la sortie de 1o chaque chambre d'eau (2') carter-cylindres inférieure est connectée au radiateur (5). 6. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (4) de réduction du débit du fluide de refroidissement dans le radiateur (5) en fonction de la température du fluide 15 comprennent une vanne placée sur la conduite de sortie du radiateur (5). 7. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur (6) de chaleur air/liquide utilisé pour le chauffage de l'habitacle, appelé aérotherme dont la conduite (17) de sortie est connectée en amont de la pompe (1) et dont 20 l'entrée est connectée soit à la sortie de la chambre d'eau (3) culasse inférieure, soit à la sortie de la chambre (2) d'eau cartercylindres.