Brevet FR2897392A1 — publié le 20070817

Dispositif et procédé de refroidissement pour moteur et organe de véhicule. L'invention concerne le domaine des dispositifs et procédés de refroidissement d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile. L'invention concerne en particulier le domaine des dispositifs et procédés permettant de refroidir également un organe du véhicule. L'organe du véhicule à refroidir peut être un dispositif de recirculation des gaz d'échappement dans lequel une partie des gaz est prélevée du collecteur d'échappement pour être réintroduite dans le collecteur d'admission afin que les oxydes d'azote repassent dans les chambres de combustion du moteur thermique pour y être brûlés. Pour augmenter le taux de recirculation, il est nécessaire de refroidir la partie des gaz d'échappement destinés à être réadmis dans les chambres de combustion. Le circuit de refroidissement normal du moteur peut également être utilisé pour réaliser le refroidissement de ces gaz. Dans ce domaine, la demande de brevet JP 2000/002 1 1 4 (HINO MOTORS LIMITED) décrit un dispositif de refroidissement de moteur équipé d'une pompe de circulation, d'un refroidisseur d'eau et d'un radiateur. L'eau traverse successivement la pompe, puis le moteur, puis le refroidisseur, et se répartit, d'une part, dans une branche traversant le radiateur et, d'autre part, dans un refroidisseur d'eau pour EGR (recirculation de gaz d'échappement). L'inconvénient d'un tel dispositif est de nécessiter un refroidisseur d'eau en plus du radiateur principal du véhicule. La demande de brevet FR-A-2 838 477 (RENAULT) décrit un circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne, dans lequel un échangeur de chaleur pour organe, tel qu'une boîte de 2 vitesses, est situé en aval du radiateur sur une branche du circuit de refroidissement commandée par un thermostat. Cette branche n'est pas alimentée lorsque le moteur est froid. Un tel dispositif présente l'inconvénient de ne pas refroidir l'organe du véhicule lorsque le moteur est froid. La demande de brevet JP 2003/278608 (HINO MOTORS LIMITED) décrit un dispositif de refroidissement avec deux circuits. Un premier circuit traverse le moteur et une partie du radiateur. Un deuxième circuit, indépendant du premier circuit est équipé d'une deuxième pompe de circulation, traverse le dispositif de refroidissement des gaz en provenance de l'EGR et traverse une deuxième partie de radiateur. Un tel dispositif de refroidissement présente l'inconvénient de nécessiter une pompe de circulation supplémentaire et de consacrer de manière figée une partie du radiateur pour le refroidissement des gaz d'échappement destinés à la recirculation. La demande de brevet JP 2003/184658 (HINO MOTORS LIMITED) décrit un dispositif de refroidissement où le refroidisseur EGR est en parallèle avec le radiateur, alimentés l'un et l'autre par du liquide ayant traversé le moteur. Un tel dispositif de refroidissement présente l'inconvénient d'être peu efficace dans le refroidissement des gaz EGR parce que l'eau alimentant le refroidisseur des gaz EGR provient directement du moteur chaud. L'invention propose un dispositif et un procédé de refroidissement pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, qui remédie aux problèmes précédents, et notamment qui permet de refroidir de manière plus efficace un organe de véhicule sans nécessiter de radiateur ni de pompe supplémentaire. 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de refroidissement pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comprend un circuit principal de fluide caloporteur traversant le moteur et équipé d'une pompe de circulation et d'un radiateur. Le dispositif comprend un circuit auxiliaire équipé d'un échangeur thermique destiné à refroidir un organe du véhicule. Le circuit auxiliaire est relié au circuit principal par une jonction amont située entre la pompe de circulation et le moteur et par une jonction aval située en amont du radiateur. On conçoit que dans un tel dispositif, la jonction amont étant située en amont du moteur, le fluide caloporteur parvenant à l'échangeur thermique destiné à refroidir l'organe du véhicule n'a pas encore été échauffé en traversant le moteur. De plus, la jonction aval étant située en amont du radiateur, le fluide ayant servi à refroidir l'organe du véhicule est refroidi à son tour par le radiateur. Avantageusement, le circuit principal comprend une vanne thermostatique principale située en aval du moteur et en amont de la jonction avale et apte à s'ouvrir lorsque la température du fluide sortant du moteur est supérieure à un seuil principal. Le circuit auxiliaire peut comprendre un échangeur aérotherme destiné à réchauffer l'habitacle du véhicule. Avantageusement, le dispositif de refroidissement comprend une première conduite raccordée d'un côté au circuit principal entre le moteur et la vanne thermostatique principale, et de l'autre côté au circuit auxiliaire en amont de l'échangeur aérotherme. La première conduite peut être munie d'une vanne thermostatique intermédiaire apte à s'ouvrir lorsque la température du fluide sortant du moteur est supérieure à un seuil intermédiaire, inférieur au seuil principal. 4 Avantageusement, le dispositif de refroidissement comprend un vase d'expansion monté sur une deuxième conduite raccordée au circuit principal entre le moteur et la ou les vannes thermostatiques. La conduite du vase d'expansion peut comprendre une restriction et est raccordée au circuit auxiliaire en aval de l'organe du véhicule. Avantageusement, l'organe du véhicule est un dispositif de recirculation d'une partie des gaz d'échappement (EGR). Avantageusement, le dispositif de refroidissement comprend une branche de dérivation disposée en parallèle du circuit principal et munie d'un radiateur d'huile. Le circuit principal peut comprendre une restriction de part et d'autre de laquelle est raccordée la branche de dérivation. La branche de dérivation peut être raccordée au circuit principal par une jonction amont équipée d'un déflecteur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le procédé de refroidissement pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comprend une étape où on fait circuler du fluide caloporteur dans le moteur., on prélève une partie du fluide en amont du moteur pour refroidir un organe du véhicule et qu'on refroidit ladite partie du fluide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation du dispositif pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure unique est une représentation schématique d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Comme illustré sur la figure, le dispositif de refroidissement pour un moteur thermique 3, notamment pour véhicule automobile, comprend un circuit principal 1 de fluide caloporteur reliant successivement dans le sens de l'écoulement du fluide une pompe de circulation 2, des circuits de refroidissement internes à un carter du moteur thermique 3, une vanne thermostatique 4 à deux étages et un radiateur 5. La vanne thermostatique 4 comprend une vanne thermostatique intermédiaire 6 mettant en relation une entrée 7 de la vanne thermostatique 6 avec simultanément une sortie intermédiaire 8 et une entrée 9 du deuxième étage de la vanne thermostatique 4 dès que la température du fluide 5 caloporteur dépasse un seuil intermédiaire de température. Le deuxième étage de la vanne thermostatique 4 est une vanne thermostatique principale 10 mettant en relation l'entrée 9 avec une sortie principale 11 dès que la température du fluide caloporteur atteint un seuil principal de température. Un circuit auxiliaire 12 est raccordé au circuit principal 1 par une jonction amont 13 située entre la pompe de circulation 2 et le moteur thermique 3 et par une jonction aval 14 située entre la sortie principale 11 de la vanne thermostatique principale 10 et le radiateur 5. Le circuit auxiliaire 12 raccorde successivement un organe 15 du véhicule et un échangeur aérotherme 16 destiné à réchauffer l'habitacle du véhicule. L'organe 15 du véhicule est dans l'exemple illustré un dispositif de refroidissement des gaz d'échappement en vue de leur recirculation. Une première conduite 17 relie la sortie intermédiaire 8 à un point de jonction 18 situé sur le circuit auxiliaire 12 entre l'organe 15 et l'échangeur aérotherme 16. Une deuxième conduite 19 est raccordée d'un côté à l'entrée 7 de la vanne thermostatique 4 et de l'autre côté au circuit auxiliaire 12 en aval de l'organe 5 et de préférence en amont de l'échangeur aérotherme 16 et de la jonction 18 de la première conduite. La deuxième conduite 19 comprend un vase d'expansion 20 et une restriction 21 située de préférence entre le vase d'expansion 20 et l'entrée 7 de la vanne thermostatique intermédiaire 6. Un radiateur d'huile 22 est raccordé par une branche de dérivation 23 au circuit principal 1. La circulation de fluide caloporteur à travers la 6 branche de dérivation 23 et le radiateur d'huile 22 peut être assurée de plusieurs manières différentes. Une première manière consiste à introduire une restriction 24 sur le circuit principal 1 et à raccorder la branche de dérivation 23 en amont et en aval de la restriction 24, de manière que le radiateur d'huile 22 soit en parallèle de la restriction 24. La circulation dans la branche de dérivation 23 peut être assurée également par une jonction amont de la branche de dérivation 23 équipée d'un déflecteur. La branche de dérivation 23 est de préférence raccordée à un tronçon du circuit principal 1 situé entre le radiateur 5 et la pompe de circulation 2, de façon à profiter de la température du fluide circulant dans le circuit principal la plus basse. Un tel emplacement convient à des véhicules évoluant en pays de climat tempéré. Pour des véhicules évoluant par exemple en Scandinavie ou au Sahara, d'autres emplacements de la branche de dérivation 23 du radiateur d'huile 22 peuvent convenir. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de refroidissement. Lorsque le véhicule démarre, le moteur thermique est froid et la température du fluide caloporteur à l'intérieur du moteur thermique 3 est inférieure au seuil intermédiaire de température, de sorte que le fluide ne circule ni dans la première conduite 17, ni dans la portion du circuit principal située entre la sortie principale 11 et la jonction aval 14. La majeure partie du fluide circulant dans le circuit principal 1 s'écoule dans le circuit auxiliaire 12. Une proportion infime du fluide du circuit principal 1 s'écoule à travers le moteur 3 et la deuxième conduite 19, en raison de la restriction 21. La majeure partie du refroidissement généré par le radiateur 3 sert à refroidir les gaz d'échappement du dispositif EGR 15. Le moteur thermique 3 est très peu refroidi, ce qui favorise sa montée en température rapide. Les pollutions générées par les gaz d'échappement sont d'autant plus importantes que 7 les chambres de combustion du moteur 3 sont froides. En favorisant une montée en température rapide du moteur thermique 3, le circuit de refroidissement contribue à diminuer la pollution. De plus, le dispositif de refroidissement utilise quasiment toute la puissance de refroidissement du radiateur 5 pour refroidir les gaz d'échappement en vue de leur recirculation. Cela permet de retraiter une proportion accrue de gaz d'échappement. La proportion infime de fluide circulant dans le moteur par la. deuxième conduite 19, permet d'éviter qu'un point particulier du circuit de refroidissement interne au moteur thermique 3 ne soit l'objet d'un point chaud provoquant l'ébullition locale du fluide. Lorsque le véhicule fonctionne en hiver, le fluide traversant l'aérotherme 16 peut réchauffer l'habitacle en profitant des calories apportées par le dispositif 15 de refroidissement des gaz d'échappement. Lorsque la température du fluide dans le moteur thermique 3 atteint le seuil intermédiaire de température, par exemple 70 , la vanne thermostatique intermédiaire 6 s'ouvre et le fluide circulant dans le circuit principal 1 se partage, à la jonction amont 13, entre une partie traversant l'organe 15 et une partie traversant le moteur thermique 3. La totalité du fluide circulant dans le circuit principal 1 traverse l'échangeur aérotherme 16. La température du fluide traversant l'échangeur aérotherme 16 résulte du mélange du fluide traversant le moteur thermique 3 qui présente une température supérieure au seuil intermédiaire et du fluide traversant l'organe 15. Lorsque le véhicule est arrêté, les gaz d'échappement présentent un débit moindre et la température du fluide traversant l'échangeur aérotherme est réduite. Cela correspond également à une situation où le pouvoir refroidissant du radiateur 5 est également réduit. Lorsque le véhicule est à forte charge, en montée par exemple, les calories issues de l'organe 15 traversent l'échangeur aérotherme 16. 8 Lorsque la température du fluide caloporteur traversant le moteur 3 atteint un seuil principal de température, par exemple 90 , la vanne thermostatique principale 10 s'ouvre. Une quantité de fluide supplémentaire à la situation précédemment décrire traverse le moteur thermique 3 sans passer par l'organe 15 ni par l'aérotherme 16. Cette quantité supplémentaire va directement dans le radiateur 5 et contribue à accélérer le refroidissement du moteur 3. Le radiateur 5 peut être composé d'un ensemble de tubes 25 munis d'ailettes 26 et raccordés en parallèle à une boîte à eau amont 27 et à une boîte à eau aval 28. Un système de ventilation forcée, non représenté sur la figure, peut permettre d'accélérer le refroidissement du moteur dès que le véhicule est arrêté. Le fluide caloporteur peut être de l'eau comprenant des additifs antigel. Le fait que le circuit auxiliaire 12 soit raccordé au circuit principal en amont du moteur 3, permet d'optimiser à basse température le refroidissement des gaz d'échappement tout en favorisant l'échauffement rapide du moteur 3, et ceci sans nécessiter de pompe de circulation supplémentaire.20 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de refroidissement pour moteur thermique (3), notamment de véhicule automobile, comprenant un circuit principal (1) de fluide caloporteur traversant le moteur (3) et équipé d'une pompe de circulation (2) et d'un radiateur (5), le dispositif comprenant un circuit auxiliaire (12) équipé d'un échangeur thermique destiné à refroidir un organe (15) du véhicule, caractérisé par le fait que le circuit auxiliaire (12) est relié au circuit principal (1) par une jonction amont (13) située entre la pompe de circulation (2) et le moteur (3), et par une jonction avale (14) située en amont du radiateur (5). 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le circuit principal (1) comprend une vanne thermostatique principale (10) située en aval du moteur (3) et en amont de la jonction avale (14) et apte à s'ouvrir lorsque la température du fluide sortant du moteur (3) est supérieure à un seuil principal. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit auxiliaire (12) comprend un échangeur aérotherme (16) destiné à réchauffer l'habitacle du véhicule. 4 - Dispositif selon les revendications 2 et 3 prises dans leur ensemble, comprenant une première conduite (17) raccordée d'un côté au circuit principal (1) entre le moteur (3) et la vanne thermostatique principale (10), et de l'autre côté au circuit auxiliaire (12) en amont de l'échangeur aérotherme (16), la première conduite (17) étant munie d'une vanne thermostatique intermédiaire (6) apte à s'ouvrir lorsque la température du fluide sortant du moteur est supérieure à un seuil intermédiaire, inférieur au seuil principal. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant un vase d'expansion (20) monté sur une deuxième conduite 10 (19) raccordée au circuit principal (1) entre le moteur (3) et la ou les vannes thermostatiques (4). 6 - Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la conduite (19) du vase d'expansion (20) comprend une restriction (21) et est raccordée au circuit auxiliaire (12) en aval de l'organe (15) du véhicule. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (15) du véhicule est un dispositif de recirculation d'une partie des gaz d'échappement (EGR). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une branche de dérivation (23) disposée en parallèle du circuit principal (1) et munie d'un radiateur d'huile (22). 9 - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le circuit principal (1) comprend une restriction (24) de part et d'autre de laquelle est raccordée la branche de dérivation (23). 10- Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la branche de dérivation (23) est raccordée au circuit principal (1) par une jonction amont équipée d'un déflecteur. 11- Procédé de refroidissement pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, dans lequel on fait circuler du fluide caloporteur dans le moteur, caractérisé par le fait qu'on prélève une partie du fluide en amont du moteur (3) pour refroidir un organe (15) du véhicule et qu'on refroidit ladite partie du fluide.