Brevet FR2884865A1 — 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'azote. 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 un moteur et 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 à un deuxième radiateur dont la capacité de refroidissement est supérieure à celle du 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 deuxième radiateur, lorsque la vanne thermostatique est fermée, - le premier radiateur et le deuxième radiateur sont associés dans un radiateur unique et séparés par une cloison 10 munie d'une deuxième vanne thermostatique, le radiateur unique comprend une pluralité de passages parallèles, et dont les extrémités débouchent dans deux boîtes à eau, l'une au moins des boîtes à eau étant séparée par la cloison, - le deuxième radiateur est traversé par le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la deuxième 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 83 C, - la température d'ouverture de la deuxième vanne thermostatique du deuxième radiateur est supérieure à la température d'ouverture de la vanne thermostatique du radiateur et est comprise entre 88 C et 100 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 unique, 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 deuxième 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 température du moteur est supérieure à une limite intermédiaire prédéterminée, inférieure ou égale au seuil de température élevée, faire circuler le fluide caloporteur à travers le moteur et à travers un radiateur de capacité calorifique inférieure à celle du radiateur. Le fait d'avoir un deuxième radiateur permet de faire se chevaucher le comportement du dispositif fonctionnant avec un moteur à basse température et celui fonctionnant avec un moteur à température élevée. A température moyenne, 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 10. Un circuit auxiliaire 6 comprend une pompe auxiliaire 8 et un refroidisseur auxiliaire 7 destiné à refroidir un organe du véhicule. Le radiateur 10 comprend une pluralité de passages 13 parallèles dont l'ensemble des extrémités 15 d'un coté débouche dans une boîte à eau aval 17 et l'ensemble des extrémités 14 de l'autre coté débouche dans une boîte à eau amont 16. La boîte à eau amont 16 est partagée en deux zones par une cloison 11 munie d'une deuxième vanne thermostatique 12. Une première zone 18 présente une première ouverture 21 reliée à une canalisation du circuit principal 1. Une deuxième zone 23, de dimensions supérieures à la première, présente une deuxième ouverture 24. La boîte à eau aval 17 présente une ouverture principale 19 reliée au circuit principal 1, et une ouverture auxiliaire 20 reliée au circuit de refroidissement auxiliaire 6. Les passages 13 peuvent être des tubes cylindriques, ou des plaques de n'importe quelle autre section transversale, aptes à laisser passer le fluide caloporteur. Les passages sont en matériaux thermoconducteurs et sont entourés d'ailettes de refroidissement 22 de manière à favoriser l'échange thermique entre l'air extérieur et le fluide caloporteur. La capacité de refroidissement du radiateur 10 est d'autant plus importante que l'air extérieur est froid et passe à travers les ailettes 22 du radiateur 10 à grande vitesse, que le fluide caloporteur est à température élevée et que le débit de fluide caloporteur traversant le radiateur 10 est important. La boîte à eau amont 16 comporte deux portions, une portion contenant les extrémités des passages débouchant dans la zone principale 23 et une portion correspondant à la deuxième zone 18. La partie du radiateur 10 comprenant l'ouverture 21, la zone 18 de la boîte à eau amont 16, les passages 13 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau aval 17, forme une partie 5 du radiateur 10. De même, l'ouverture 24, la zone principale 23, les passages 13 correspondants et la portion correspondante de la boîte à eau aval 17, forment une deuxième partie 9 du radiateur 10. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 1, le raccordement amont des deux parties 5 et 9 du radiateur 10 à lieu à l'intérieur de la boîte à eau amont 16, et les deux ouvertures 21 et 24 permettent de raccorder les deux parties de radiateur 5 et 9 respectivement au circuit principal 1 et au circuit auxiliaire 6. La cloison 11 sépare les deux portions 5 et 9 de la boîte à eau amont 16. Les deux portions de la boîte à eau amont 16 sont séparées par une deuxième vanne thermostatique 12. Cela offre un degré de liberté supplémentaire pour régler les débits dans les différents circuits du dispositif. 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. Dans le dispositif décrit, la deuxième vanne thermostatique 12 s'ouvre lorsque la température du moteur atteint un seuil de température élevé qui est compris entre 88 C et 100 C et de préférence de l'ordre de 89 C. La première vanne thermostatique 4 s'ouvre lorsque la température du moteur atteint une limite intermédiaire comprise entre 80 C et 90 C et de préférence de l'ordre de 83 C. Pour la suite de la description, on appellera température basse la température comprise entre la température ambiante et la limite intermédiaire. On appellera température moyenne la température comprise entre la limite intermédiaire et le seuil de température élevé, 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. Les deux vannes thermostatiques 4 et 12 sont fermées 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 20, à travers le radiateur 10. Le fluide caloporteur circule à travers les passages 13 de la partie principale 9 du radiateur 10, sort du radiateur 10 par la boîte à eau amont 16 et l'ouverture 24, 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 24 vers l'ouverture 20, puis en traversant le refroidisseur auxiliaire 7. Lorsque la température du moteur atteint la limite intermédiaire, la vanne thermostatique 12 est toujours fermée alors que la vanne thermostatique 4 s'ouvre. La pompe de circulation 3 fait alors circuler le fluide caloporteur à travers le circuit principal 1 et la partie 5 du radiateur 10 de manière que le fluide caloporteur rejoigne le circuit principal 1 par l'ouverture 19. durant cette phase de température moyenne, le moteur 2 est uniquement refroidi par la partie 5 du radiateur 10. la pompe auxiliaire 8 est toujours en action et la partie principale 9 du radiateur 10 est utilisée pour refroidir le fluide caloporteur circulant à l'intérieur du refroidisseur auxiliaire 7. Lorsque la température du moteur est au-delà du seuil de température élevée, les deux vannes thermostatiques 4 et 12 sont ouvertes et le flux à l'intérieur du circuit principal 1 entre dans la boîte à eau amont 16 du radiateur 10. Le flux de fluide caloporteur se partage à travers la vanne thermostatique 12 située sur la cloison 11 dans le radiateur 10, et traverse les parties 5 et 9 du radiateur 10 pour ressortir par l'ouverture 19 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 10 est entièrement utilisée pour refroidir le moteur 2. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, la partie principale 23 est utilisée 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 10 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. REVENDICATIONS 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 auxiliaire (6) est relié à un deuxième radiateur (9) dont la capacité de refroidissement est supérieure à celle du 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 deuxième radiateur (9), lorsque la vanne thermostatique (4) est fermée. 3. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier radiateur (5) et le deuxième radiateur (9) sont associés dans un radiateur global (10) et séparés par une cloison (Il) munie d'une deuxième vanne thermostatique (12). 4. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radiateur global (10) comprend une pluralité de passages (13) parallèles, et dont les extrémités (14, 15) débouchent dans deux boîtes à eau (16, 17), l'une au moins (16) des boîtes à eau (16, 17) étant séparée par la cloison (11). 5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième radiateur (9) est traversé par le fluide caloporteur, dans un sens ou dans un autre selon que la deuxième vanne thermostatique (12) est ouverte ou fermée. 6. 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 83 C. 7. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température d'ouverture de la deuxième vanne thermostatique (12) du deuxième radiateur (9) est supérieure à la température d'ouverture de la vanne thermostatique (4) du radiateur (5) et est comprise entre 88 C et 100 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 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 global (10), 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 deuxième radiateur (9). 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 température du moteur (2) est supérieure à une limite intermédiaire prédéterminée, inférieure ou égale au seuil de température élevée, on fait circuler le fluide caloporteur à travers le moteur (2) et à travers un radiateur (5) de capacité calorifique inférieure à celle du radiateur (9).