Brevet FR2855555A1 — publié le 20041203

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 10 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 15 permet le refroidissement de l'air d'admission passant dans la culasse afin d'améliorer le remplissage d'air. Le document 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 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 5 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 10 composants tels que thermostat, vanne, radiateur par rapport à un circuit de refroidissement classique tel que présenté à la figure 2. 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 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 20 que le circuit de refroidissement comprend une chambre d'eau culasse comprenant au moins deux parties non connectées entre elles, une chambre d'eau culasse inférieure et au moins une chambre d'eau culasse supérieure, chaque chambre d'eau culasse supérieure étant connectées en amont d'une pompe placée en amont du moteur et assurant la circulation 25 du fluide dans le circuit de refroidissement, la sortie de la pompe étant connecté à la chambre d'eau culasse inférieure ou à une chambre carter cylindre inférieure connectée à la chambre d'eau culasse inférieure, 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 30 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 non permanente. la figure 2 représente un circuit de refroidissement à l'état de la technique. A la figure 2 est représenté un circuit de refroidissement du moteur à combustion interne de type classique. Ce circuit comprend 10 essentiellement une pompe 101, un circuit de circulation de fluide de refroidissement interne au moteur au travers du carter cylindre 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 15 chaleur 106 de chaleur air/liquide utilisé pour le chauffage habitacle, appelé 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 décrit en référence à la figure 1. 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 25 inférieure 3 et une deuxième partie constitue une ou plusieurs chambres d'eau culasse supérieures 3'. Selon l'invention, la chambre d'eau culasse inférieure 3 et la chambre d'eau culasse immédiatement adjacente ne communiquent pas entre elles. En d'autre terme, le fluide de refroidissement ne circule pas directement entre ces chambres d'eau 30 culasse. Ainsi, le fluide de refroidissement sortant de la chambre d'eau culasse inférieur 3 n'entre pas directement dans la chambre d'eau culasse supérieure 3'. Selon la variante représentée à la figure 1 une seule chambre d'eau 3' culasse supérieure est représentée, cependant la deuxième partie peut 5 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, 10 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 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 15 connectée en amont de la pompe 1 de refoulement. Lorsqu'il y a plusieurs chambres 3' d'eau supérieures de culasse, toutes les sorties peuvent être connectées sur une même conduite reliée au radiateur 5. Le circuit de refroidissement comprend également une chambre d'eau cartercylindres comportant au moins deux parties 2, 2'. La chambre 20 d'eau supérieure du carter-cylindres 2 ne communique pas avec la chambre d'eau inférieure 2' c'est-à-dire que le fluide de refroidissement sortant de la chambre d'eau carter-cylindre inférieur 2 n'entre pas directement dans la chambre d'eau carter-cylindre supérieure 2'. 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 i 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 30 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 une conduite 12 de sortie connectée à un radiateur 5 via un thermostat 4 ou une vanne, le radiateur étant destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur 5 par une première conduite 18, à l'aérotherme 6 par une deuxième conduite 14 via le thermostat 4, et à l'entrée de la pompe 1 par une troisième conduite 15 via le thermostat 4. Si, dans une variante non représentée, la sortie de la pompe est située au niveau de la chambre d'eau inférieure de la culasse, la chambre 10 d'eau du carter-cylindres peut comporter une conduite de sortie connectée à un radiateur 5 via un thermostat 4 ou une vanne, le radiateur étant destiné à l'évacuation de la chaleur du moteur par une première conduite, à l'aérotherme 6 par une deuxième conduite via le thermostat, et à l'entrée de la pompe 1 par une troisième conduite via le thermostat. Le circuit de refroidissement comprend également un thermostat ou une vanne 4 situé sur la conduite 12 de sortie de la chambre d'eau culasse 3 inférieure 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 une conduite 15 20 reliant le thermostat 4 à l'entrée de la pompe 1 de refoulement. La chambre d'eau carter cylindres 2' dite inférieure est connectée à la sortie du radiateur 5 par une conduite 11. La sortie de la chambre d'eau carter cylindres 2' inférieure est connectée par une conduite 16 à l'amont de la pompe 1 de refoulement. La sortie de la chambre d'eau carter cylindres 2' inférieure est également connectée à l'entrée de la chambre d'eau 3' culasse supérieure par une conduite 17 connectée sur la conduite 11 de sortie du radiateur. Dans le cas o la chambre d'eau carter-cylindre 2' inférieure comprend plusieurs parties, chaque partie est connectée en entrée au radiateur et en sortie à l'amont de la pompe 1 de refoulement et en sortie à au moins une chambre d'eau culasse 3' supérieure. Selon l'agencement du circuit de refroidissement selon l'invention, le fluide de refroidissement entre dans le moteur, soit par la chambre d'eau du 5 carter cylindres 2 supérieure, soit par la chambre d'eau culasse 3 inférieure. Dans le premier cas, le fluide sortant de la chambre d'eau du cartercylindres 2 supérieur circule dans la chambre d'eau culasse 3 inférieure puis se répartit entre le radiateur 5, I'aérotherme 6, et dans la conduite bypass 15 si le thermostat ou la vanne 4 est partiellement ouvert. Dans le deuxième cas, le fluide sortant de la chambre d'eau culasse 3 inférieure du circule dans la chambre d'eau carter-cylindres 2 supérieur puis se répartit entre le radiateur 5, l'aérotherme 6, et dans la conduite bypass 15 si le thermostat ou la vanne 4 est partiellement ouvert. Le fluide sortant de la ou les chambres supérieures de la culasse 3', 15 de la ou des chambres d'eau carter-cylindres 2' inférieures et de l'aérotherme 6 est collecté en amont de la pompe i de refoulement. Le fluide sortant du thermostat 4 circule dans le radiateur 5, l'aérotherme 6 et si besoin dans la conduite by-pass 15. Le fonctionnement du circuit de refroidissement selon l'invention 20 fonctionne de la façon suivante. Durant les phases de démarrage à froid, le thermostat ou la vanne 4 est fermé. La fermeture du thermostat ou de la vanne 4 interdit la circulation du fluide dans le radiateur 5, la ou les chambres d'eau inférieures du carter-cylindres 2' et la ou les chambres d'eau supérieures de 25 la culasse 3'. A la sortie de la pompe 1, le fluide de refroidissement circule dans la chambre d'eau supérieure du carter-cylindres 2 et la chambre d'eau inférieure de la culasse 3. A la sortie de la chambre 2 ou de la chambre 3 (Figure 1), le fluide circule dans l'aérotherme 6 et si nécessaire dans la branche by-pass 15. Les sorties de l'aérotherme 6 et si besoin du by- pass aboutissent à un collecteur situé en amont de la pompe 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 5 pompe 1, le fluide de refroidissement circule dans la chambre d'eau supérieure du carter-cylindres 2 et la chambre d'eau inférieure de la culasse 3. A la sortie de la chambre 2 ou de la chambre 3 (Figure 1), le fluide se répartit entre l'aérotherme 6, le radiateur 5 et si nécessaire la conduite bypass 15. Le fluide sortant du radiateur 5 circule dans la ou les chambres 10 d'eau inférieures du carter-cylindres 2' et la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3'. Les sorties des chambres 2' et 3', de l'aérotherme 6 et si besoin de la conduite by-pass 15 aboutissent à un collecteur situé en amont de la pompe 1. Le circuit de refroidissement selon l'invention permet notamment de 15 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 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 20 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 25 refroidissement dans la ou les chambres d'eau supérieures de la culasse 3' 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 30 réduire le temps de mise en température des éléments de la chambre de combustion durant les phases de démarrage à froid dû 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 imbrûlés et de diminuer la consommation de 5 carburant par diminution des frottements d'une part et par augmentation du 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 non 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 en amont d'une pompe (1) placée en amont du moteur et assurant la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement, la sortie (13) de la pompe (1) étant connecté à la chambre d'eau (3) culasse inférieure ou à une chambre (2) 15 carter-cylindres inférieure connectée à la chambre d'eau (3) culasse inférieure, 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 au radiateur (5) via les moyens (4)' de réduction de débit. 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 (2) carter-cylindre supérieure, la sortie de la chambre d'eau (3) culasse inférieure est connectée au radiateur (5) via les moyens (4) de réduction de débit. 4. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce que la chambre d'eau (2) carter-cylindres comprend au moins une chambre d'eau (2') carter-cylindres dite inférieure non connectée à la partie supérieure de la chambre d'eau (2) carter-cylindres, la sortie de chaque chambre d'eau (2') carter-cylindres inférieure est connectée à l'amont de la pompe de refoulement (1), I'entrée de chaque chambre d'eau (2') carter-cylindres inférieure est connectée à au moins une chambre d'eau culasse supérieure (3'). 5. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 4, o10 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 comprennent une vanne placée sur la conduite de sortie du radiateur (5). 6. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications i à 5, 15 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 au les moyens (4) de réduction du débit du fluide.