Brevet FR2875885A1 — publié le 20060331

Dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile et procédé associé. La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile et un procédé de refroidissement associé. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile comprenant un circuit principal de fluide caloporteur traversant le moteur à combustion du véhicule, et pourvu d'un élément de réglage de débit et d'un radiateur monté en aval dudit élément de réglage permettant d'isoler une portion du circuit principal contenant le radiateur, par exemple pendant la phase de démarrage à froid du moteur à combustion. Le dispositif comprend également un circuit auxiliaire de fluide caloporteur monté en dérivation sur le circuit principal en aval du radiateur, et muni d'un échangeur de chaleur traversé par un circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique et par le fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur est notamment prévu pour évacuer des calories du circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique générées par le frottement entre les différents éléments de la boîte de vitesses. On connaît, par la demande de brevet US-A-2004/0112575, un dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile comprenant un circuit principal de fluide caloporteur pourvu d'un radiateur et d'un élément de réglage de débit, monté en amont dudit radiateur. Le dispositif comprend également un circuit auxiliaire de fluide caloporteur, monté en dérivation sur le circuit principal, et dont l'entrée est située en aval du radiateur, en considérant le sens de circulation du fluide caloporteur. Le circuit auxiliaire est muni d'un échangeur de chaleur traversé par un circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique et par le fluide caloporteur. Un tel dispositif de refroidissement présente l'inconvénient de nécessiter l'ouverture de l'élément de réglage de débit pour permettre le refroidissement de la boîte de vitesses automatique par circulation de fluide caloporteur. En effet, l'entrée du circuit auxiliaire étant située en aval du radiateur, il n'est pas possible de refroidir la boîte de vitesses automatique pendant une phase de démarrage à froid du moteur à combustion, mais également pendant une phase de fonctionnement dudit moteur au cours de laquelle la température du fluide caloporteur est inférieure à une valeur permettant l'ouverture de l'élément de réglage de débit et la circulation du fluide caloporteur à travers le radiateur. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en permetant un refroidissement constant et optimal de la boîte de vitesses automatique du véhicule, quelle que soit la position de l'élément de réglage de débit. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesse automatique de véhicule automobile comprenant un circuit principal de fluide caloporteur, traversant le moteur à combustion du véhicule, et pourvu d'un élément de réglage de débit et d'un radiateur monté en aval dudit élément de réglage. Le dispositif comprend un circuit auxiliaire de fluide caloporteur monté en dérivation sur le circuit principal en aval du radiateur, et muni d'un échangeur de chaleur traversé par un circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique et par le fluide caloporteur. Selon un aspect de l'invention, le circuit principal est pourvu d'un élément calibré monté en parallèle de l'échangeur de chaleur et apte à créer une perte de charge dans l'écoulement du fluide caloporteur, et d'une branche de dérivation reliant l'élément de réglage de débit à une conduite du circuit principal en amont de l'élément calibré. Le sens d'écoulement du fluide caloporteur dans une portion du circuit principal reliant l'échangeur de chaleur à l'élément calibré est commandé par la position de l'élément de réglage de débit. Avec un tel dispositif de refroidissement, il devient ainsi possible de refroidir la boîte de vitesses automatique du véhicule lorsque l'élément de réglage de débit est dans une position dite ouverte , dans laquelle le fluide caloporteur traverse le radiateur, mais également lorsque l'élément de réglage de débit se trouve dans une position dite fermée , permettant d'isoler la partie du circuit principal contenant le radiateur. En d'autres termes, le dispositif de refroidissement peut ainsi réaliser l'évacuation des calories de l'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique, lorsque la température de fluide caloporteur est inférieure à la température pour laquelle l'élément de réglage est en position ouverte. Par ailleurs, lorsque l'élément de réglage de débit est dans la position ouverte, le sens d'écoulement du fluide caloporteur d'une portion du circuit principal reliant l'échangeur de chaleur à l'élément calibré est inversé par rapport au sens d'écoulement dudit fluide lorsque l'élément de réglage est dans la position fermée. Une telle inversion du sens d'écoulement du fluide caloporteur est uniquement réalisée par la perte de charge générée par l'élément calibré, sans adjonction d'élément spécifique pouvant engendrer un surcoût. L'inversion du sens d'écoulement du fluide caloporteur permet, dans la position ouverte de l'élément de réglage, notamment d'effectuer un échange thermique entre le circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique et la partie du fluide caloporteur ayant traversé au préalable le radiateur. Avantageusement, le dispositif de refroidissement comprend un élément de commande de la circulation d'huile de lubrification de la boîte de vitesse automatique à travers l'échangeur de chaleur. De préférence, la branche de dérivation du circuit principal comprend un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule. L'élément de commande du dispositif de refroidissement selon l'invention présente l'avantage de permettre non seulement le refroidissement de la boîte automatique lorsque la température de l'huile atteint une valeur prédéterminée mais aussi de favoriser, par exemple en ambiance très froide, une montée en température de l'habitacle du véhicule automobile par l'intermédiaire de l'aérotherme, en apportant des calories au fluide caloporteur. Le dispositif peut comprendre une unique pompe de circulation du fluide caloporteur montée entre l'élément calibré et le moteur. Le dispositif présente ainsi l'avantage d'être particulièrement économique en permettant, avec une seule pompe, une circulation de fluide dans des circuits distincts et une inversion du sens d'écoulement du fluide dans une portion d'un desdits circuits. L'élément calibré peut comprendre un rétrécissement de section. L'invention concerne également un procédé de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile au moyen d'un fluide caloporteur du moteur à combustion du véhicule comprenant les étapes au cours desquelles on sépare le fluide caloporteur en un circuit principal et un circuit auxiliaire en aval d'un radiateur, on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec le circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses, et on inverse le sens d'écoulement du fluide caloporteur d'une branche du circuit principal en fonction de la position de l'élément de réglage de débit. Avantageusement, on inverse automatiquement la position de l'élément de réglage. La position de l'élément de réglage de débit peut dépendre de la température du fluide caloporteur. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec l'huile de lubrification pour apporter des calories au fluide caloporteur lorsque sa température est en dessous d'une valeur prédéterminée. Un tel procédé présente l'avantage de permettre une montée en température plus rapide du moteur afin d'atteindre sa température de fonctionnement optimum. En outre, un tel apport de calories favorise également le chauffage de l'habitacle du véhicule automobile. De préférence, on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec l'huile de lubrification pour prélever des calories de l'huile lorsque sa température atteint une valeur prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé représentant schématiquement un dispositif de refroidissement selon l'invention. Sur la figure, on a représenté l'architecture générale d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 1, et particulièrement adapté pour être utilisé en tant que dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique 2. Le dispositif 1 comprend un circuit principal 3 de fluide caloporteur pourvu d'une pompe 4 permettant la circulation dudit fluide, d'un élément de réglage de débit 5, d'un radiateur 6 monté en aval dudit élément de réglage 5, et d'un aérotherme 7 en dérivation par rapport au radiateur 6. A la sortie de la pompe 4, le fluide caloporteur est véhiculé par une conduite 8 du circuit principal 3 et traverse le moteur à combustion 9 du véhicule puis l'élément de réglage 5, par exemple un thermostat dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par la température du fluide caloporteur ou une électrovanne. La circulation de fluide caloporteur dans le radiateur 6, par exemple un échangeur de chaleur air/eau, se fait grâce à une conduite d'alimentation 10 dont l'entrée est plus ou moins obturée par l'élément de réglage 5. Une conduite 11 est reliée à l'élément de réglage 5 et amène le fluide caloporteur à l'aérotherme 7, par exemple un échangeur de chaleur air/eau. Une conduite d'évacuation 12 est branchée à la sortie de l'aérotherme 7 et reliée à une conduite 13 de retour reliant le radiateur 6 à la pompe 4. Les conduites 11 et 12 forment une branche de dérivation du circuit principal 3. Le dispositif de refroidissement comprend également un circuit auxiliaire 14 de fluide caloporteur monté en dérivation sur le circuit principal 3, en aval du radiateur 6. Le circuit auxiliaire 14 comprend une conduite 15 reliée à la conduite 13, entre le radiateur 6 et la conduite 12, un échangeur de chaleur 16 et une conduite 17. La conduite 15 alimente en liquide caloporteur l'échangeur de chaleur 16. A la sortie dudit échangeur de chaleur 16, la conduite 17 amène le fluide caloporteur jusqu'à la conduite 13 de retour du circuit principal 3, en aval de la conduite 12. Le circuit principal 3 comprend également un élément calibré 18, par exemple un rétrécissement de section de la conduite de retour 13 apte à créer une perte de charge dans l'écoulement du fluide caloporteur. L'élément calibré 18 est monté au niveau d'une portion 13a de la conduite 13 en aval de la conduite 12 et en amont de la conduite 17, en considérant la circulation du fluide caloporteur. L'élément calibré 18 est monté en parallèle de l'échangeur de chaleur 16. Une seconde portion 13b de la conduite 13 est située entre la conduite 14 et la conduite 12. L'échangeur de chaleur 16 est traversé par un circuit d'huile 19 de lubrification de la boîte de vitesses automatique 2 incluant une pompe 20 et un élément de commande 21 faisant partie du dispositif de refroidissement 1. A la sortie de la pompe 20, l'huile véhiculée par la conduite 22 traverse la boîte de vitesses automatique 2 et l'élément de commande 21, par exemple un thermostat, dont l'ouverture et la fermeture peuvent être commandées par la température de l'huile, ou une électrovanne. La circulation de l'huile dans l'échangeur de chaleur 16 se fait grâce à une conduite 23 à l'intérieur de laquelle le débit est plus ou moins important suivant la position de l'élément de commande 21. A la sortie de l'échangeur 16, l'huile est amenée à la pompe 20 par une conduite 24. Une conduite 25 est reliée à l'élément de commande 21 et amène l'huile de lubrification au niveau de la conduite 24, en amont de la pompe 20. Le fonctionnement du dispositif de refroidissement 1 illustré sur la figure est le suivant. Lors d'une phase de démarrage à froid du moteur 9 à combustion, l'élément de réglage 5 est en position fermée et le fluide caloporteur ne peut traverser la conduite 10 pour alimenter le radiateur 6. Le fluide caloporteur mis en circulation par la pompe 4 s'écoule par la conduite 8 à travers l'élément de réglage 5, puis par la conduite 11 à travers l'aérotherme 7, et s'écoule ensuite par la conduite 12 à la sortie dudit aérotherme 7. Le fluide caloporteur issu de la conduite 12 se sépare en deux écoulements, un premier écoulement passe par la portion 13a de la conduite 13, traverse l'élément calibré 23 en créant une perte de charge et revient ensuite au niveau de la pompe 4. Le second écoulement se dirige dans la direction opposée à la perte de charge, et traverse la portion 13b de la conduite 13 puis le circuit auxiliaire 14 de fluide caloporteur de manière à alimenter l'échangeur de chaleur 16. Le second écoulement retourne ensuite à la pompe 4. Dans cette phase de fonctionnement, l'élément de commande 21 du dispositif de refroidissement 1 est en position fermée. L'huile traverse la boîte de vitesses automatique 2 et l'élément de commande 21 avant de revenir à la pompe 20. En d'autres termes, aucun échange thermique n'est réalisé entre le fluide caloporteur et l'huile de lubrification. Pendant une phase dite normale de fonctionnement du moteur 9 à combustion, l'élément de réglage 5 est en position ouverte pour permettre le refroidissement du liquide caloporteur par le radiateur 6. D'une manière analogue à la phase de démarrage à froid, le liquide caloporteur est transporté par les conduites 11 et 12, puis circule par la portion 13a de la conduite 13 et traverse l'élément calibré 18, créant une perte de charge, avant de revenir à la pompe 4. Le fluide caloporteur traverse également la conduite 10 alimentant le radiateur 6 permettant ainsi d'obtenir un fluide caloporteur présentant une température réduite par rapport au fluide caloporteur circulant dans les conduites 11 et 12. A la sortie du radiateur 6, le fluide caloporteur se sépare en deux écoulements, un premier écoulement passant par le circuit auxiliaire 14 afin de traverser l'échangeur de chaleur 16 et de réaliser un échange thermique avec l'huile du circuit 19 de la boîte de vitesses automatique 2. En effet, la température de l'huile de lubrification de la boîte de vitesses est ici supérieure à une température prédéterminée, par exemple 80 C, pour laquelle l'élément de commande 21, par exemple un thermostat, est en position ouverte. Après avoir traversé l'échangeur de chaleur 16, le fluide caloporteur revient vers la pompe 4. Le second écoulement traverse successivement les portions 13b et 13a de la conduite 13 avant de traverser l'élément calibré 18 et de revenir à la pompe 4. Le sens d'écoulement du fluide caloporteur au niveau de la portion 13b de la conduite 13, entre la position fermée de l'élément de réglage 5 et la position ouverte, a été inversé. L'inversion du sens d'écoulement entre la position fermée de l'élément de réglage de débit 5 et la position ouverte s'effectue progressivement en fonction du débit de fluide caloporteur sortant du radiateur 6. Lors d'une phase de fonctionnement du moteur, par ambiance très froide, par exemple pour une température inférieure à 5 C, et lors d'un embouteillage, l'élément de commande 21, dans le cas d'une électrovanne, peut être commandé par le dispositif de refroidissement 1 pour être en position ouverte et permettre l'écoulement de l'huile à travers l'échangeur de chaleur 16 afin d'apporter des calories au fluide caloporteur traversant successivement les conduites 11, 12, 13a et 15 jusqu'audit échangeur de chaleur 16. Un tel apport de calories favorise le réchauffement de l'habitacle, par l'intermédiaire de l'aérotherme 7. Le dispositif de refroidissement selon l'invention présente de nombreux avantages parmi lesquels une alimentation permanente de l'échangeur de chaleur en fluide caloporteur permettant notamment de réaliser un prélèvement de calories de l'huile de la boîte de vitesses automatique, quelle que soit la position de l'élément de commande du circuit principal de fluide caloporteur. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile comprenant un circuit principal (3) de fluide caloporteur traversant le moteur à combustion du véhicule et pourvu d'un élément de réglage de débit (5) et d'un radiateur (6) monté en aval dudit élément de réglage, le dispositif comprenant un circuit auxiliaire (14) de fluide caloporteur monté en dérivation sur le circuit principal en aval du radiateur, et muni d'un échangeur de chaleur (16) traversé par un circuit d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique et par le fluide caloporteur, caractérisé en ce que le circuit principal est pourvu d'un élément calibré (18) monté en parallèle de l'échangeur de chaleur et apte à créer une perte de charge dans l'écoulement du fluide caloporteur, et d'une branche de dérivation (11, 12) reliant l'élément de réglage de débit (5) à une conduite du circuit principal en amont de l'élément calibré, le sens d'écoulement du fluide caloporteur dans une portion (13b) du circuit principal reliant l'échangeur de chaleur à l'élément calibré étant commandé par la position de l'élément de réglage de débit. 2/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de commande (21) de la circulation d'huile de lubrification de la boîte de vitesses automatique à travers l'échangeur de chaleur. 3/Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la branche de dérivation (11, 12) du circuit principal comprend un aérotherme (7) destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule. 4/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une unique pompe (4) de circulation du fluide caloporteur montée entre l'élément calibré et le moteur. 5/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément calibré comprend un rétrécissement de section. 6/Procédé de refroidissement d'une boîte de vitesses automatique de véhicule automobile au moyen d'un fluide caloporteur du moteur à combustion du véhicule comprenant les étapes au cours desquelles on sépare le fluide caloporteur en un circuit principal et un circuit auxiliaire en aval d'un radiateur, on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec l'huile de lubrification de la boîte de vitesses, caractérisé en ce qu'on inverse le sens d'écoulement du fluide caloporteur d'une branche du circuit principal de en fonction de la position de l'élément de réglage de débit. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on inverse automatiquement la position de l'élément de réglage. 8/ Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la position de l'élément de réglage de débit dépend de la température du fluide caloporteur. 9/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec l'huile de lubrification pour apporter des calories au fluide caloporteur lorsque sa température est en dessous d'une valeur prédéterminée. 10/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'on couple thermiquement le circuit auxiliaire de fluide caloporteur avec l'huile de lubrification pour prélever des calories de l'huile lorsque sa température atteint une valeur prédéterminée.