Brevet FR2846368A1 — publié le 20040430

Système de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un échangeur liquide/liquide L'invention concerne un système de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un moteur thermique refroidi par une circulation d'un fluide de refroidissement et un radiateur de refroidissement refroidi par 10 une circulation d'air atmosphérique extérieur. Les moteurs thermiques de véhicules automobiles sont refroidis habituellement au moyen d'un radiateur de refroidissement placé à l'avant du véhicule et refroidi par un flux d'air frais qui 15 le traverse. Un circuit de refroidissement permet de faire circuler un fluide caloporteur entre le moteur thermique et le radiateur de refroidissement pour refroidir le moteur. En outre, les véhicules automobiles comportent de nombreux 20 équipements qui échangent de l'énergie thermique avec leur environnement extérieur. Ces équipements sont, par exemple, le condenseur du circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile, un radiateur d'air de suralimentation, un radiateur de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la 25 boîte de vitesses, ou encore un radiateur de refroidissement du carburant. Dans les véhicules fabriqués actuellement, on prévoit un circuit de fluide spécial pour chaque équipement à refroidir ou 30 à réchauffer. Par exemple, le circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule automobile comporte un échangeur de chaleur, constituant un condenseur, disposé à l'avant du véhicule, devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique. Un fluide frigorigène particulier, distinct du 35 fluide caloporteur du moteur thermique, parcourt le circuit de climatisation. Des conduites spéciales sont nécessaires pour relier le condenseur à l'évaporateur qui est situé dans le boîtier de l'appareil de climatisation et de chauffage de l'habitacle du véhicule. De même, si le véhicule est équipé d'un refroidisseur d'air de 5 suralimentation, le refroidissement de l'air est effectué dans un échangeur air-air qui est disposé à l'avant du véhicule et -qui est refroidi par une circulation d'air atmosphérique. Cette conception se traduit par la présence d'un grand nombre 10 d'échangeurs distincts en face avant du véhicule. Ces échangeurs occupent un espace important. En outre, les canalisations de raccordement augmentent encore le cot et l'encombrement de ces systèmes. De plus, chaque échangeur est dimensionné de manière à assurer un refroidissement suffisant 15 pour son propre point critique qui ne correspond pas nécessairement aux conditions de fonctionnement critique des autres échangeurs. Par exemple, le condenseur du circuit de climatisation et le 20 radiateur d'air de suralimentation ne fonctionnent pas à plein régime nécessairement aux mêmes instants. De ce fait, les échangeurs se pénalisent les uns les autres en diminuant le débit ou la vitesse de l'air disponible pour les autres radiateurs. Par exemple, le condenseur du circuit de 25 climatisation, placé devant le radiateur de refroidissement du moteur, ralentit le débit de l'air, y compris lorsque le circuit de climatisation n'est pas en fonctionnement. La présente invention a pour objet un système de 30 refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile qui remédie à ces inconvénients. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le moteur thermique fait partie d'une boucle primaire et 35 que le radiateur de refroidissement fait partie d'une boucle secondaire, le même fluide de refroidissement circulant dans ces deux boucles, la boucle primaire et la boucle secondaire étant en relation d'échange thermique l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un échangeur intermédiaire traversé à la fois par le fluide de la boucle primaire et par le fluide de la boucle secondaire. Grâce à cette caractéristique, le système de refroidissement utilise un échangeur de refroidissement unique échangeant avec l'air atmosphérique. En conséquence, ce radiateur peut être 10 dimensionné largement et il n'est pas pénalisé par la présence devant ou derrière lui d'un certain nombre de radiateurs secondaires de plus petite dimension, comme le condenseur du circuit de climatisation, le radiateur d'air de suralimentation, le radiateur d'huile, etc. 15 Les équipements du véhicule qui doivent être refroidis ne sont pas refroidis, comme dans l'art antérieur, au moyen d'échangeurs particuliers échangeant directement de la chaleur avec l'air atmosphérique extérieur, mais par un échangeur 20 raccordé à la boucle secondaire et refroidi par la circulation du fluide de refroidissement. Des caractéristiques complémentaires et/ou alternatives de l'invention sont énumérées ci-après 25 - le système de refroidissement comporte une branche d'aérotherme montée en parallèle entre la sortie du fluide de refroidissement et l'entrée du fluide de refroidissement dans le moteur thermique; - un échangeur de refroidissement des gaz d'échappement est monté sur la branche d'aérotherme; - le système de refroidissement comporte une branche de radiateur à huile sur laquelle est monté un radiateur de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de 35 vitesses; - le système de refroidissement comporte un radiateur à huile de refroidissement de l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesses intégré au radiateur intermédiaire; - la boucle primaire et la boucle secondaire possèdent chacune une branche de vase d'expansion reliée à un vase d'expansion commun; - la boucle secondaire comporte un radiateur d'air de suralimentation; - la boucle secondaire comporte un condenseur faisant partie d'un circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule; 10 - il comporte une vanne de distribution à quatre voies, la vanne comportant une voie de sortie reliée au condenseur, une voie de sortie reliée au radiateur d'air de suralimentation et une voie reliée à une canalisation de court-circuit; - il comporte un boîtier thermostatique intégré à l'échangeur intermédiaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit 20 d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la Figure 1 illustre une première variante de réalisation d'un système de refroidissement conforme à la 25 présente invention; et - la Figure 2 illustre une seconde variante d'un système de refroidissement conforme à l'invention. On a représenté sur la Figure 1 une vue d'ensemble d'un système 30 de refroidissement d'un moteur thermique 10 de véhicule conforme à l'invention. Ce système de refroidissement est constitué d'une boucle primaire désignée par la référence générale 2 et d'une boucle secondaire désignée par la référence générale 4. La boucle primaire inclut le moteur thermique 10 du 35 véhicule et une pompe à eau 12, généralement une pompe mécanique, qui fait circuler un fluide de refroidissement à travers le bloc du moteur afin d'évacuer les calories excédentaires. En sortie de moteur, on trouve un boîtier thermostatique 14. La boucle secondaire 4 comprend un radiateur de refroidissement 18 traversé par un flux d'air extérieur et situé à l'avant du véhicule. La boucle secondaire comprend, en outre, un certain nombre d'échangeurs destinés à refroidir, éventuellement à réchauffer, divers équipements du véhicule automobile. Dans 10 l'exemple représenté, le système de refroidissement comprend un radiateur d'air de suralimentation 22 et un condenseur 24. Le radiateur d'air de suralimentation 22 est destiné à refroidir l'air préalablement à son admission dans les chambres de combustion du moteur. Le condenseur 24 fait partie du circuit 15 de climatisation de l'habitacle du véhicule. Une pompe à eau , généralement une pompe électrique, met en circulation le fluide de refroidissement dans la boucle secondaire 4. Le même fluide circule dans la boucle primaire 2 et la boucle secondaire 4. La boucle primaire et la boucle secondaire sont en relation d'échange thermique l'une avec l'autre par un échangeur de chaleur intermédiaire 26 disposé entre elles. Le fluide de refroidissement du moteur, après avoir traversé le boîtier 25 thermostatique 14, est acheminé par une canalisation 30 jusqu'à l'échangeur intermédiaire 26. Il ressort de l'échangeur par une canalisation 32 qui le ramène à la pompe 12 et au bloc moteur 10. De la même manière, le fluide de refroidissement qui sort du refroidisseur d'air de suralimentation 22 et du condenseur 24 est conduit par une canalisation 34 dans l'échangeur intermédiaire 26. Dans cet échangeur, le fluide de refroidissement refroidit le fluide de refroidissement de la 35 boucle primaire. Ensuite, le fluide de refroidissement de la boucle secondaire quitte l'échangeur intermédiaire par une canalisation 36 qui le ramène à la pompe à eau 20, puis, par une canalisation 38, au radiateur de refroidissement 18 dans lequel il est à nouveau refroidi. Ainsi, le moteur 10 n'est pas refroidi directement par échange de chaleur avec l'air atmosphérique ambiant, comme cela se fait habituellement, mais par un échange de chaleur liquide/liquide dans l'échangeur intermédiaire 26. On constate, en outre, que le radiateur de refroidissement 18 est l'unique radiateur du 10 système de refroidissement de l'invention. Les échangeurs 22 et 24 sont respectivement des échangeurs air-eau et fréoneau qui sont refroidis par le fluide de refroidissement qui circule dans la boucle secondaire. Ainsi, le radiateur 18 sert à la fois au refroidissement du bloc moteur 10, du radiateur d'air de suralimentation 22 et du condenseur 24. On réduit ainsi fortement le nombre d'échangeurs en face avant du véhicule par rapport aux systèmes actuellement connus. Le système gagne en simplicité et son encombrement en 20 face avant est diminué. Avantageusement, le système de refroidissement de l'invention comporte une canalisation d'aérotherme 40 sur laquelle est monté un aérotherme 42 utilisé pour le chauffage de l'habitacle 25 du véhicule. La canalisation 40 est montée parallèlement au bloc moteur. Lorsque le chauffage de l'habitacle est souhaité, par exemple par basse température extérieure, le boîtier thermostatique 14 fait circuler une fraction du fluide de refroidissement sortant du bloc moteur 10 par la canalisation 30 d'aérotherme 40. En outre, un radiateur 44 de refroidissement des gaz d'échappement peut être avantageusement monté sur la canalisation d'aérotherme 40. Le système de l'invention représenté sur la Figure 1 comporte, 35 en outre, une canalisation 46 de radiateur à huile sur laquelle est monté un radiateur à huile 48. La canalisation 46 est raccordée au boîtier thermostatique 14. Le radiateur à huile est utilisé pour refroidir l'huile de la boîte de vitesses ou celle du moteur, voire les deux. En variante de réalisation, le radiateur à huile 48 peut être intégré à l'échangeur 5 intermédiaire 26. Dans ce cas, la canalisation 46 de radiateur à huile est supprimée. L'échangeur 26 est alors un échangeur multifluides et multi-températures. De la même manière, il est possible de déplacer le système de régulation thermique, en d'autres termes le boîtier thermostatique 14, sur l'échangeur 10 intermédiaire 26. Enfin, le système de refroidissement comporte une canalisation de dérivation 52 raccordée au boîtier thermostatique 14 et qui transite par un vase d'expansion 54. Après avoir traversé le 15 vase d'expansion, le fluide de refroidissement retourne vers la pompe à eau 12 sans avoir été refroidi. Cette canalisation de dérivation ou de court-circuit, encore appelée bipasse ("bypass"), est utilisée à basse température pour favoriser la montée en température du moteur. La boucle secondaire 4 20 comporte également une canalisation 56 raccordée à l'entrée du radiateur 18 et à la sortie de l'échangeur intermédiaire 26, qui transite par le vase d'expansion 54, qui est ainsi un vase d'expansion commun à la boucle primaire 2 et à la boucle secondaire 4. Ainsi, les deux boucles ne sont pas isolées l'une 25 de l'autre et peuvent communiquer entre elles par l'intermédiaire du vase d'expansion 54. On a représenté sur la Figure 2 une variante de réalisation du système de refroidissement de la Figure 1. Sur la Figure 2, les 30 mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments de la boucle primaire 2 et de la boucle secondaire 4. Le système de refroidissement de la Figure 2 se distingue par le fait qu'il comporte une vanne de distribution à quatre voies 60 située en sortie de radiateur 18. La vanne de distribution 60 comporte une voie d'entrée par laquelle le fluide de refroidissement froid sortant du radiateur 18 pénètre, et trois sorties désignées respectivement par les références 60-1, 60-2 et 60-3. La voie 60-1 est reliée au condenseur 24, la voie 60-2 est reliée au radiateur d'air de 5 suralimentation 22 et la voie 60-3 est reliée à une canalisation de court-circuit 62 qui ne figure pas sur le système de la Figure 1. La canalisation de court-circuit 62 permet au fluide de 10 refroidissement de la boucle secondaire d'éviter les échangeurs 22 et 24 lorsque cela n'est pas nécessaire. Par exemple, à faible puissance du moteur, il n'est pas nécessaire de refroidir l'air admis dans les chambres du moteur. Egalement, lorsque la température extérieure est basse, le système de 15 climatisation de l'habitacle n'est pas utilisé. Ainsi, la totalité de la capacité de refroidissement du radiateur 18 est disponible pour d'autres fonctions, notamment pour le refroidissement du moteur 10 du véhicule. Revendications 1. Système de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un moteur thermique (10) refroidi par 5 une circulation d'un fluide de refroidissement, et un radiateur de refroidissement (18) refroidi par une circulation d'air atmosphérique extérieur, caractérisé en ce que le moteur (10) fait partie d'une boucle primaire (2) et en ce que le radiateur de refroidissement (18) fait partie d'une boucle secondaire 10 (4), le même fluide de refroidissement circulant dans la boucle primaire (2) et dans la boucle secondaire (4), la boucle primaire (2) et la boucle secondaire (4) étant en relation d'échange thermique l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un échangeur intermédiaire (26) traversé à la fois par le fluide 15 de refroidissement de la boucle primaire (2) et par le fluide de refroidissement de la boucle secondaire (4). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une branche d'aérotherme (40) montée en parallèle 20 entre la sortie et l'entrée du bloc moteur (10) comportant un aérotherme (42). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un échangeur (44) de refroidissement des gaz d'échappement est 25 monté sur la branche d'aérotherme (40). 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une branche de radiateur à huile (46) sur laquelle est monté un radiateur à huile (48) de refroidissement 30 de l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesses. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un radiateur à huile intégré à l'échangeur intermédiaire (26). 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boucle primaire (2) et la boucle secondaire (4) possèdent chacune une branche de vase d'expansion (52, 56) reliée à un vase d'expansion commun (54). 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la boucle secondaire (4) comporte un radiateur d'air de suralimentation (22). 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé 10 en ce que la boucle secondaire (4) comporte un condenseur (24) faisant partie d'un circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule. 9. Système selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce 15 qu'il comporte une vanne de distribution (60) à quatre voies, la vanne (60) comportant une voie de sortie (60-1) reliée au condenseur (24), une voie de sortie (60-2) reliée au radiateur d'air de suralimentation (22) et une voie (60-3) reliée à une canalisation de court-circuit (62). 20 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier thermostatique intégré à l'échangeur intermédiaire (26).