Brevet FR2909713A1 — publié le 20080613

SYSTEME DE REGULATION DE LA TEMPERATURE D'UN MOTEUR SUR UN BANC DE TEST La présente invention concerne un système de 5 régulation de la température d'un moteur sur un banc de test. On connaît un tel système du type comprenant un circuit du liquide de refroidissement du moteur permettant la régulation de la température du moteur, un 10 circuit d'un fluide de refroidissement qui comprend un premier échangeur thermique permettant le refroidissement du liquide de refroidissement à une température et une première vanne de régulation commandée par un premier régulateur en fonction de la 15 température du liquide de refroidissement. De façon classique, le fluide de refroidissement du liquide de refroidissement moteur est de l'eau dont la température d'alimentation (c'est-à-dire avant qu'elle ait refroidi le liquide de refroidissement) est la température 20 ambiante, ce qui est le fluide de refroidissement économiquement le plus intéressant par son abondance. Le tel système permet de réguler aisément la température du moteur à une température de consigne située dans une plage allant d'environ 40 C à environ 25 90 C. Cependant, vu la température d'alimentation de l'eau, il n'est pas possible de réguler la température du moteur à des valeurs inférieures, notamment celles proches de 20 C. La présente invention vise à réaliser un tel 30 système qui, en lui-même soit économique, et dont son utilisation le soit également. 2909713 2 Selon l'invention, le système du type précité comprend un circuit annexe d'un second fluide de refroidissement qui comprend un second échangeur thermique permettant le refroidissement du liquide de refroidissement moteur à une température plus basse que celle permise par le circuit du premier fluide de refroidissement et une seconde vanne de régulation commandée par un second régulateur en fonction de la température du liquide de refroidissement, les premier et second échangeurs thermiques étant montés en série dans le circuit du liquide de refroidissement. L'utilisation de deux circuits d'échangeurs thermiques distincts l'un de l'autre pour le refroidissement du liquide de refroidissement permet d'employer deux fluides différents, l'un pouvant être un liquide particulièrement froid, par exemple de l'eau glacée à environ 3 C (qui peut être réalisé facilement). La mise en série des deux échangeurs thermiques permet de cumuler efficacement les effets des deux circuits de refroidissement, surtout dans le cas où l'échangeur thermique traversé par le second fluide de refroidissement (le fluide le plus froid) est en aval de celui traversé par le premier fluide qui peut de façon très économique abaisser considérablement la température du liquide de refroidissement. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré à la figure unique annexée qui représente schématiquement les différents circuits de ce mode de réalisation. 2909713 3 Un système de régulation de la température d'un moteur 1 sur un banc de test est illustré à l'unique figure. Ce système comprend un circuit du liquide de refroidissement moteur (ici de l'eau) 2, un circuit de 5 refroidissement 3 du liquide de refroidissement moteur qui est alimenté par un premier fluide de refroidissement (ici de l'eau à température ambiante, c'est-à-dire proche de 20 C) et un circuit annexe de refroidissement 4 du liquide de refroidissement moteur 10 qui est alimenté par un second fluide de refroidissement dont la température est inférieure à celle du premier fluide (ici de l'eau dont la température d'alimentation est proche de 3 C). Le système de régulation permet de réguler la 15 température du moteur 1 à une température de consigne par la régulation de la température du liquide de refroidissement, celle-ci pouvant varier selon une importante plage de valeur. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, non seulement le système permet de 20 réguler à une température élevée (par exemple, 90 C) ou moyenne (environ 40 C), mais également à une température bien plus basse (par exemple 20 C) par l'utilisation du circuit annexe de refroidissement 4 dont l'eau a une température particulièrement basse. Le système de 25 régulation permet également une régulation du moteur à toute température intermédiaire (entre 20 C et 90 C dans le présent mode de réalisation. Le circuit du liquide de refroidissement 2 comprend un premier échangeur thermique 5 permettant le 30 refroidissement du liquide de refroidissement moteur par le premier fluide de refroidissement à une température désirée, et un second échangeur thermique 6 permettant 2909713 4 le refroidissement du liquide de refroidissement moteur par le second fluide de refroidissement à une température plus basse que celle permise par le circuit de refroidissement 3 du premier fluide de 5 refroidissement. Le circuit de refroidissement 3 du premier fluide de refroidissement comprend, outre le premier échangeur thermique 5, une première vanne de régulation 7 qui permet de contrôler le débit de l'eau à température 10 ambiante circulant dans le premier échangeur thermique 5 et donc la quantité d'énergie qui y est échangée. Cette première vanne de régulation 7 est commandée par un premier régulateur 8 en fonction de la différence entre la température de consigne et la température du liquide 15 de refroidissement. Dans le présent mode de réalisation, le premier régulateur 8 est relié à un premier capteur de température 9 qui est, ici disposé dans le circuit du liquide de refroidissement 2, à la sortie du moteur 1. Le circuit annexe de refroidissement 4 du second 20 fluide de refroidissement comprend, outre le second échangeur thermique 6, une seconde vanne de régulation 10 qui permet de contrôler le débit de l'eau glacée circulant dans le second échangeur thermique 6 et donc la quantité d'énergie qui y est échangée. Cette 25 seconde vanne de régulation 10 est commandée par un second régulateur 11 en fonction de la différence entre la température de consigne et la température du liquide de refroidissement. Dans le présent mode de réalisation, le second régulateur 11 est relié au premier capteur de 30 température 9. Dans le circuit du liquide de refroidissement moteur 2, les premier et second échangeurs 2909713 5 thermiques 5,6 sont montés en série. Dans le présent mode de réalisation, le premier échangeur thermique 5 est monté en amont du second échangeur thermique E. Ceci permet notamment de réguler à moindre coût le liquide de 5 refroidissement à basse température : le liquide de refroidissement peut être refroidi au mieux par le circuit de refroidissement 3 dont la première vanne de régulation 7 est ouverte au maximum, l'eau glacée du circuit annexe de refroidissement 4 étant utilisée pour 10 atteindre la valeur désirée comprise entre environ 20 et environ 40 C. Pour une régulation entre environ 40 C et 90 C, seul le premier fluide de refroidissement peut être utilisé (ici, est utilisé). De plus, afin d'avoir un liquide de 15 refroidissement à une température de consigne assez élevée, notamment lors du démarrage du moteur 1, le circuit du liquide de refroidissement 2 comprend un réchauffeur 12 (en l'occurrence, un récipient muni d'une résistance immergée de chauffe dont la puissance 20 électrique est, dans le présent mode de réalisation commandée par le premier régulateur 8). Dans le présent mode de réalisation, le réchauffeur 12 est monté en série avec les premier et second échangeurs thermiques 5,6, et plus précisément, il est monté en 25 amont de ces derniers. De ce fait, dans le présent mode de réalisation, le circuit du liquide de refroidissement moteur 2 comprend, dans le sens de circulation du liquide de refroidissement, le moteur 1, un premier capteur de 30 température 9, une conduite reliant le moteur 1 au réchauffeur 12, le réchauffeur 12, une conduite reliant le réchauffeur 12 au premier échangeur thermique 5, le 2909713 6 premier échangeur thermique 5, une conduite reliant le premier échangeur thermique 5 au second échangeur thermique 6, le second échangeur thermique 6 et une conduite reliant le second échangeur thermique 6 au 5 moteur 1. De plus, le circuit du liquide de refroidissement moteur 2 comprend un vase d'expansion 13 qui est monté en parallèle avec les premier et second échangeurs thermiques 5,6 et avec le réchauffeur 12. Dans le circuit de refroidissement 3 du premier 10 fluide de refroidissement, le premier échangeur thermique 5, monté en série avec la première vanne de régulation 7, est en amont de cette dernière. De ce fait, dans le présent mode de réalisation, le circuit de refroidissement 3 du premier fluide de refroidissement 15 comprend, dans le sens de circulation de ce fluide, une conduite d'alimentation (en eau à température ambiante), le premier échangeur thermique 5, une conduite reliant le premier échangeur thermique 5 à la première vanne de régulation 7 et une conduite d'évacuation du premier 20 fluide de refroidissement réchauffé. Dans le circuit annexe de refroidissement 4 du second fluide de refroidissement, le second échangeur thermique 6, monté en série avec la seconde vanne de régulation 10, est en amont de cette dernière. 25 Par ailleurs, dans le présent mode de réalisation, le système de régulation comprend également un circuit d'huile du moteur 14 qui est en relation thermique, par un troisième échangeur thermique 15, avec un circuit supplémentaire de refroidissement 16 qui permet la 30 régulation de la température de l'huile à une température de consigne. Ce système permet ainsi de réguler la température du moteur, ses deux fluides 7 2909713 (huile et liquide de refroidissement) ayant leur température contrôlée. Le circuit supplémentaire de refroidissement 16 comprend, outre le troisième échangeur thermique 15, une 5 troisième vanne de régulation 17 qui permet de contrôler le débit du fluide refroidissant l'huile circulant dans le troisième échangeur thermique 15 et donc la quantité d'énergie qui y est échangée. Cette troisième vanne de régulation 17 est commandée par un troisième 10 régulateur 18 en fonction de la différence entre la température de consigne et la température de l'huile. Dans le présent mode de réalisation, le troisième régulateur 18 est relié à un second capteur de température 19 qui est, ici disposé dans le circuit 1.5 d'huile du moteur 14, à l'entrée du moteur 1, en entrée du filtre à huile. Ici, dans le circuit supplémentaire de refroidissement 16, le troisième échangeur thermique 15, monté en série avec la troisième vanne de régulation 17, est en amont de cette dernière. 20 Dans le présent mode de réalisation, le circuit d'huile 14 comprend dans le sens de circulation de l'huile, le moteur 1, une conduite reliant la sortie du moteur au troisième échangeur thermique 15, le troisième échangeur thermique 15 et une conduite reliant le 25 troisième échangeur thermique 15 à l'entrée du moteur (y compris le second capteur de température 19). Par ailleurs, du fait de la relativement faible quantité d'énergie thermique à évacuer de l'huile (entre trois et quatre fois moins par rapport à l'eau de 30 refroidissement du moteur), l'huile n'est refroidie que par un seul circuit supplémentaire de refroidissement 16 dont le fluide de refroidissement permet un 2909713 8 refroidissement aussi important que celui du liquide de refroidissement permis par le circuit de refroidissement 3 et le circuit annexe de refroidissement 4. Ici, le fluide circulant dans le 5 circuit supplémentaire de refroidissement 16 est le même que celui circulant dans le circuit annexe de refroidissement 4, en l'occurrence de l'eau glacée à environ 3 C. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, le circuit du second fluide de refroidissement comprend 10 une branche 4 pour le refroidissement du liquide de refroidissement moteur (le circuit annexe de refroidissement 4) et une branche 16 pour le refroidissement de l'huile (le circuit complémentaire de refroidissement 16), ces deux branches 4,16 étant, ici, 15 en parallèle. Le circuit du second fluide de refroidissement comprend, dans la branche de refroidissement du liquide de refroidissement 4 et dans le sens de circulation du second fluide, une conduite d'alimentation, le second 20 échangeur thermique 6, une conduite reliant le second échangeur thermique 6 à la seconde vanne de régulation 10, la seconde vanne de régulation 10 et une conduite d'évacuation du second fluide de refroidissement réchauffé. Il comprend, dans la branche 25 de refroidissement de l'huile 16 et dans le sens de circulation du second fluide, une conduite d'alimentation, le troisième échangeur thermique 15, une conduite reliant le troisième échangeur thermique 15 à la troisième vanne de régulation 17, la troisième vanne 30 de régulation 17 et une conduite d'évacuation du second fluide de refroidissement réchauffé. Il comprend en outre une conduite générale d'alimentation permettant 2909713 9 l'alimentation des deux branches 4,16, et une conduite générale d'évacuation permettant l'évacuation du second fluide de refroidissement réchauffé provenant des deux branches 4,16. 5 Le système du présent mode de réalisation peut ainsi, par exemple, réguler la température du liquide de refroidissement moteur et celle de l'huile à 20 C (plus ou moins 1 C) pour un moteur fonctionnant jusqu'à 2500 tours par minute, la puissance à évacuer étant de 30 kW 10 pour le liquide de refroidissement et 8 kW pour l'huile. Il est à noter que le présent système ne comporte pas de pompe, les circulations du liquide de refroidissement moteur et de l'huile étant réalisées par les pompes du moteur. I1 est également à noter que les 15 échangeurs utilisés sont des échangeurs Pickers, les régulateurs sont des régulateurs Eurotherm. Revendications 1. Système de régulation de la température d'un moteur (1) sur un banc de test à une température de consigne, comprenant un circuit de liquide de refroidissement du moteur (2) permettant la régulation de la température du moteur (1), un circuit d'un premier fluide de refroidissement (3) qui comprend un premier échangeur thermique (5) permettant le refroidissement du liquide de refroidissement moteur à une température et une première vanne de régulation (7) commandée par un premier régulateur (8) en fonction de la température du liquide de refroidissement, caractérisé en ce que le système comprend un circuit annexe d'un second fluide de refroidissement (4) qui comprend un second échangeur thermique (6) permettant le refroidissement du liquide de refroidissement moteur à une température plus basse que celle permise par le circuit du premier fluide de refroidissement (3) et une seconde vanne de régulation (10) commandée par un second régulateur (11) en fonction de la température du liquide de refroidissement moteur, les premier et second échangeurs thermiques (5,6) étant montés en série dans le circuit du liquide de refroidissement (2). 2. Système de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier échangeur thermique (5) est monté en amont du second échangeur thermique (6). 3. Système de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier fluide de refroidissement est de l'eau dont la température d'alimentation est proche de la température ambiante. 11 2909713 4. Système de régulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier régulateur (8) est relié à un premier capteur de température (9) permettant la prise de la température du 5 liquide de refroidissement en sortie du moteur (1). 5. Système de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second régulateur (Il) est relié au premier capteur de température (9). 6. Système de régulation selon l'une des 10 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit du liquide de refroidissement (2) comprend un réchauffeur (12) commandé par le premier régulateur (8) permettant de réchauffer le liquide de refroidissement jusqu'à une température de consigne. 15 7. Système de régulation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'huile du moteur (14) en relation thermique, par un troisième échangeur thermique (15), avec un circuit supplémentaire de refroidissement (16) qui 20 permet la régulation de la température de l'huile à une température de consigne et qui comprend une troisième vanne de régulation (17) commandée par un troisième régulateur (18) en fonction de la température de l'huile. 25 8. Système de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le troisième régulateur (18) est relié à un second capteur de température (19) permettant la prise de la température de l'huile à l'entrée du moteur (1), en entrée du filtre à huile. 30 9. Système de régulation selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les circuits annexe de refroidissement (4) et supplémentaire de 2909713 12 refroidissement (=6) sont deux branches parallèles du circuit du second fluide de refroidissement. 10. Système de régulation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le second 5 fluide de refroidissement est de l'eau glacée à une température d'alimentation proche de 3 C.