Brevet FR2884863A1 — publié le 20061027

Dispositif et procédé de refroidissement du moteur et d'un organe de véhicule 5 La présente invention concerne le domaine du refroidissement des moteurs de véhicules automobiles permettant en particulier de refroidir également certains organes du véhicule, tel qu'un dispositif de recyclage partiel de gaz d'échappement. Le moteur d'entraînement des véhicules automobiles peut être refroidi par la mise en circulation d'un liquide de refroidissement caloporteur, en pratique de l'eau, qui traverse les principales parties du moteur qu'il convient de refroidir. Le circuit de refroidissement inclut essentiellement une pompe de circulation entraînée par le moteur et un radiateur constitué d'un échangeur de chaleur eau/air capable de refroidir l'eau mise en circulation par la pompe. Une vanne thermostatique est également prévue en général, de façon à isoler la partie du circuit principal de refroidissement qui contient le radiateur pendant la durée du démarrage à froid où un refroidissement excessif du moteur n'est pas souhaité. La vanne thermostatique s'ouvre progressivement en fonction de la température de l'eau mise en circulation, réchauffée par le moteur après la période de démarrage. Par ailleurs, les gaz d'échappement réintroduits dans la chambre de combustion servent à réduire la température maximale de combustion. L'émission d'oxydes d'azote augmente plus vite que la température de combustion, la recirculation des gaz présente, comme mesure de la réduction de la température, une méthode efficace pour diminuer les émissions d'oxydes d'azotes. Le refroidissement des gaz recyclés permet donc d'augmenter l'effet de réduction de la quantité d'oxydes d'azote tout en conservant une émission de particules inchangée. Généralement, les gaz recyclés passent dans un échangeur de chaleur en vue de les refroidir. Les demandes de brevets FR 2 812 027 (Daimler- Chrysler) et FR 2 830 929 (Denso) traitent de constructions particulières d'échangeurs de chaleur pour gaz d'échappement, mais ne décrivent pas de lien entre la régulation du refroidissement du moteur et la régulation du refroidissement des gaz d'échappement, en vue de leur dépollution. L'invention propose un dispositif et un procédé de refroidissement d'un moteur et d'un organe de véhicule automobile qui résolve ces inconvénients de manière particulièrement simple. L'invention propose en particulier un procédé qui favorise la montée rapide du moteur en température, qui refroidisse l'organe du véhicule tout particulièrement lorsque le moteur est à basse température, et qui optimise le refroidissement du moteur à température élevée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprend un circuit principal de fluide caloporteur, traversant le moteur et est équipé d'une pompe de circulation, d'une vanne thermostatique et d'un radiateur, ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire et une pompe auxiliaire, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement auxiliaire est relié au radiateur. Le dispositif de refroidissement proposé peut présenter les caractéristiques suivantes, individuellement ou en combinaison: - la pompe auxiliaire est adaptée pour faire circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire et à travers le radiateur, lorsque la vanne thermostatique est fermée, - la pompe de circulation est adaptée pour faire circuler le fluide caloporteur à travers le radiateur, lorsque la vanne thermostatique est ouverte, - les pompes auxiliaire et de circulation sont adaptées pour faire circuler le fluide caloporteur dans des sens opposés à travers le radiateur, lorsque la vanne thermostatique s'ouvre progressivement, - le radiateur unique comprend une pluralité de passages parallèles, et dont les extrémités débouchent dans deux boîtes à eau, - les boîtes à eau du radiateur sont respectivement équipées d'entrées et de sorties destinées à faire circuler le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la vanne thermostatique est ouverte ou fermée, - le fluide caloporteur est de l'eau et que la température d'ouverture de la vanne thermostatique du radiateur est comprise entre 80 C et 90 C, et de préférence de l'ordre de 89 C, l'organe précité est un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et - l'organe précité est un alterno-démarreur ou une boîte de vitesses. La présente invention concerne en outre un procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans lequel, lorsque la température du moteur est au-delà d'un seuil de température élevée, on fait circuler un fluide caloporteur à travers le moteur et un radiateur, caractérisé en ce que tant que la température du moteur reste en deçà du seuil de température élevée, on fait circuler, hors du moteur, une partie du fluide caloporteur à travers un refroidisseur auxiliaire d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et à travers le radiateur!, Avantageusement, le procédé utilise une pompe auxiliaire pour faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire. Avantageusement, le procédé comprend l'étape de, lorsque la vanne thermostatique s'ouvre progressivement jusqu'au seuil de température élevée, faire circuler le fluide caloporteur à travers le moteur et à travers le refroidisseur auxiliaire d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement. Le fait d'avoir un seul radiateur pour refroidir le moteur et un organe du véhicule, permet d'adapter le refroidissement entre ces deux organes en fonction de la température de fonctionnement du moteur. Le refroidissement à basse température des gaz d'échappement par exemple, est optimisé jusqu'à un seuil de température élevé, et le refroidissement du moteur à température élevée est d'autant plus efficace que l'ensemble du radiateur est dédié à son refroidissement. A température moyenne, c'est-à-dire lorsque la vanne thermostatique s'ouvre, il est intéressant de commencer à refroidir le moteur, sans pour autant arrêter le cycle de dépollution en refroidissant les gaz d'échappement destinés à être recyclés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels la figure unique 1 est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement d'un premier mode de réalisation de l'invention, Comme illustré sur la figure 1, le dispositif de refroidissement comprend un circuit principal 1 de fluide caloporteur traversant le moteur 2. Le fluide caloporteur est généralement de l'eau, avec des additifs anti-gel. Le circuit principal 1 est équipé d'une pompe de circulation 3, d'une première vanne thermostatique 4 et d'un radiateur 5. Un circuit auxiliaire 6 comprend une pompe auxiliaire 8 et un refroidisseur auxiliaire 7 destiné à refroidir un organe du véhicule. Le radiateur 5 comprend une pluralité de passages 9 parallèles dont l'ensemble des extrémités 10 d'un coté débouche dans une boîte à eau amont 11 et l'ensemble des extrémités 12 de l'autre coté débouche dans une boîte à eau aval 13. La boîte à eau amont 11 présente une première ouverture 14 reliée à une canalisation du circuit principal 1, et une deuxième ouverture 15. La boîte à eau aval 13 présente une ouverture principale 16 reliée au circuit principal 1, et une ouverture auxiliaire 17 reliée au circuit de refroidissement auxiliaire 6. Les passages 9 peuvent être des tubes cylindriques, ou des plaques de n'importe quelle autre section transversale, aptes à laisser passer le fluide caloporteur. Les passages 9 sont en matériaux thermoconducteurs et sont entourés d'ailettes de refroidissement 18 de manière à favoriser l'échange thermique entre l'air extérieur et le fluide caloporteur. La capacité de refroidissement du radiateur 5 est d'autant plus importante que l'air extérieur est froid et passe à travers les ailettes 18 du radiateur 5 à grande vitesse, que le fluide caloporteur est à température élevée et que le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur 5 est important. L'invention est particulièrement utile lorsque l'organe du véhicule nécessite d'être tout particulièrement refroidi lorsque le moteur est froid. C'est le cas des organes de recyclage partiel des gaz d'échappement. Le circuit principal 1 peut aussi comprendre d'autre éléments non représentés sur la figure 1 tels que des vases d'expansion qui permettent de maintenir la pression du fluide caloporteur à l'intérieur du dispositif de refroidissement de sorte que l'eau peut circuler dans le dispositif jusqu'à environ 115 C sans être pour autant en ébullition. La vanne thermostatique 4 s'ouvre lorsque la température du moteur atteint un seuil de température élevée comprise entre 80 C et 90 C et de préférence de l'ordre de 89 C. Pour la suite de la description, on appellera température basse la température en dessous du seuil de température élevée et température élevée la température au-dessus du seuil de température élevée. On va maintenant décrire le procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans une phase où le moteur est à une température basse. La vanne thermostatique 4 est fermée de sorte que le fluide caloporteur ne circule pas à travers le moteur 2, et la pompe de circulation 3 est inactive. Dans ces conditions, la totalité des calories générées par la combustion du moteur 2 du véhicule, qu'il s'agisse d'un moteur à essence ou d'un moteur diesel, est utilisée pour réchauffer le moteur 2 le plus rapidement possible. Durant cette phase, la pompe auxiliaire 8 est en fonctionnement et fait circuler le fluide caloporteur à l'intérieur du refroidisseur auxiliaire 7 et, par l'ouverture 17, à travers le radiateur 5. Le fluide caloporteur circule à travers les passages 9, sort du radiateur 5 par la boîte à eau amont 11 et l'ouverture 15, et rejoint le circuit auxiliaire 6. On pourrait également concevoir que la pompe auxiliaire 8 fasse circuler le fluide caloporteur dans l'autre sens, c'est-à-dire en allant de l'ouverture 17 vers l'ouverture 15, puis en traversant le refroidisseur auxiliaire 7. Lorsque la température du moteur est au-delà du seuil de température élevée, la vanne thermostatique 4 est ouverte et le flux à l'intérieur du circuit principal 1 entre dans la boîte à eau amont 11 du radiateur 5. Le flux de fluide caloporteur rentre par l'ouverture 14 alors qu'une autre partie du fluide continue à refroidir le circuit auxiliaire 6. Au fur et à mesure que la vanne thermostatique s'ouvre complètement, la ligne de partage des flux se déplace en fonction de l'équilibre entre les deux pressions d'eau aux entrées du radiateur 5. Lorsque la vanne thermostatique 4 est complètement ouverte, le fluide caloporteur refroidissant le circuit principal 1 pénètre dans l'ensemble des passages 9 pour ressortir par l'ouverture 16 et rejoindre la circuit principal 1. Lorsque que le refroidisseur auxiliaire 7 est associé à un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, le fluide caloporteur ne traverse plus le circuit auxiliaire 6 et la pompe auxiliaire 8 est arrêtée, de sorte que la totalité de la capacité calorifique du radiateur 5 est entièrement utilisée pour refroidir le moteur 2. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le radiateur 5 est utilisé lorsque le moteur 2 est à basse température, pour refroidir des gaz d'échappement destinés à être recyclés à l'admission du moteur pendant que le moteur est isolé pour permettre son réchauffement le plus rapide possible. Le réchauffement optimisé du moteur peut aussi servir à alimenter un aérotherme destiné à chauffer l'habitacle du véhicule et pour lequel on souhaite obtenir le plus rapidement possible une élévation de la température du fluide caloporteur à 70 C. A température élevée, le radiateur 5 est alors utilisé principalement pour refroidir le moteur 2. Le refroidisseur 7 peut être utilisé pour refroidir des organes de véhicule à température élevée tels qu'un dispositif de récupération d'une partie des gaz d'échappement (EGR) en vue de leur recyclage à l'admission du moteur ou bien un autre organe du véhicule tel qu'un alterno-démarreur. On pourrait aussi concevoir de refroidir d'autres organes tels que la boîte de vitesses du véhicule. 9 REVENDICATIONS 5 1. Dispositif de refroidissement pour véhicule automobile comprenant un circuit principal (1) de fluide caloporteur, traversant le moteur (2) et équipé d'une pompe de circulation (3), d'une vanne thermostatique (4) et d'un radiateur (5), ledit dispositif comprenant un circuit de refroidissement auxiliaire (6) d'un organe du véhicule comprenant un refroidisseur auxiliaire (7) et une pompe auxiliaire (8), caractérisé en ce que le circuit de refroidissement 15 auxiliaire (6) est relié au radiateur (5). 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe auxiliaire (8) est adaptée pour faire circuler une partie du fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire (7) et à travers le radiateur (5), lorsque la vanne thermostatique (4) est fermée. 3. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pompe de circulation (3) est adaptée pour faire circuler le fluide caloporteur à travers le radiateur (5), lorsque la vanne thermostatique (4) est ouverte. 4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pompes auxiliaire (8) et de circulation (3) sont adaptées pour faire circuler le fluide caloporteur dans des sens opposés à travers le radiateur (5), lorsque la vanne thermostatique (4) s'ouvre progressivement. 5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radiateur unique (5) comprend une pluralité de passages (9) parallèles, et dont les extrémités (10, 12) débouchent dans deux boîtes à eau (11, 13). 6. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les boîtes à eau (1 1, 13) du radiateur (5) sont respectivement équipées d'entrées (14, 17) et de sorties (15, 16) destinées à faire circuler le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la vanne thermostatique (4) est ouverte ou fermée. 7. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est de l'eau et que la température d'ouverture de la vanne thermostatique (4) du radiateur (5) est comprise entre 80 C et 90 C, et de préférence de l'ordre de 89 C. 8. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe précité est un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement. 9. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe précité est 30 un alterno-démarreur ou une boîte de vitesses. 10. Procédé de refroidissement pour véhicule automobile dans lequel, lorsque la température du moteur (2) est au-delà d'un seuil de température élevée, on fait circuler un fluide caloporteur à travers le moteur (2) et un radiateur (5), caractérisé en ce que tant que la température du moteur reste en deçà du seuil de température élevée, on fait circuler, hors du moteur, une partie du fluide caloporteur à travers un refroidisseur auxiliaire (7) d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement, et à travers le radiateur (5). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise une pompe auxiliaire (8) pour faire circuler le fluide caloporteur dans le refroidisseur auxiliaire (7). 1 2. Procédé selon l'une des revendications 1 0 ou 1 1, caractérisé en ce que lorsque la vanne thermostatique (4) s'ouvre progressivement jusqu'au seuil de température élevée, on fait circuler le fluide caloporteur à travers le moteur (2) et à travers le refroidisseur auxiliaire (7) d'un dispositif de recyclage partiel des gaz d'échappement.