Brevet FR2904857A1 — publié le 20080215

Dispositif permettant de commander un circuit de circulation d'un liquide de refroidissement ainsi qu'un circuit de circulation d'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule. La présente invention concerne un dispositif permettant de commander un circuit de circulation d'un liquide de refroidissement ainsi qu'un circuit de circulation d'huile de lubrification d'un moteur de véhicule, tel qu'un véhicule d'automobile. Les contraintes réglementaires de plus en plus sévères sur les émissions de polluants ainsi que les contraintes de l'environnement visant à protéger la planète par réduction de CO2 imposent aux constructeurs d'automobiles à réduire les émissions de polluants et de CO2 ainsi que la consommation en carburant des véhicules compte tenu également de l'attrait commercial que présentent des véhicules consommant peu. Une grande partie des trajets des véhicules automobiles étant de courte durée, le fonctionnement à froid des moteurs thermiques de ces véhicules conditionne très fortement les résultats relatifs à la consommation de tels moteurs et la pollution occasionnée par ceux-ci. La réduction de la consommation en carburant lors du fonctionnement à froid d'un moteur du véhicule nécessite de réduire rapidement les pertes mécaniques par frottement des différentes pièces du moteur, ces pertes mécaniques étant importantes à cause de la viscosité élevée de l'huile de lubrification du moteur lors du démarrage à froid de celui-ci. En outre, la réduction des émissions de polluants, en particulier des NOx émis par un moteur thermique de type diesel, peut être obtenue en abaissant la température d'eau du moteur thermique. 2904857 2 La figure 1 représente un circuit de refroidissement d'un moteur thermique 1 de véhicule automobile parcouru par un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, sous l'action d'une pompe de 5 circulation 2 fonctionnant en circuit fermé. Ce circuit est alimenté par l'intermédiaire d'un calorstat ou thermostat 3 à vanne 3a à deux voies dont une entrée de liquide 4 est reliée à une arrivée de liquide de refroidissement en provenance de la culasse du moteur 1 10 par l'intermédiaire d'une conduite 5. Cette dernière communique par l'intermédiaire de conduites 6, 7, 8, avec respectivement un aérotherme 9 pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, un radiateur de refroidissement 10 du moteur 1 par l'intermédiaire du thermostat 3 et un 15 échangeur liquide/huile 11 permettant de refroidir l'huile de lubrification sous pression circulant dans le moteur 1 par l'intermédiaire d'une pompe à huile 12. L'aérotherme 9 et l'échangeur 11 sont traversés en permanence par le liquide de refroidissement tandis que 20 le radiateur 10 est traversé par ce liquide lorsque le thermostat s'ouvre à une température déterminée comme on le verra ci-dessous. Le moteur thermique 1 est pourvu d'un turbocompresseur à gaz d'échappement représenté 25 schématiquement en 13 et dont la turbine 14, ayant son axe monté à rotation dans le corps 15 du turbocompresseur 13, est entraînée par les gaz d'échappement du moteur 1 de manière que l'air entrant dans le turbocompresseur 13 comme symbolisé par la flèche F1 soit comprimé et fourni 30 au moteur, la flèche F2 symbolisant l'échappement des gaz après passage dans le turbocompresseur, la sortie d'air comprimé vers l'admission du moteur 1 n'étant pas représentée. Le turbocompresseur 13 est alimenté en huile de 35 lubrification sous pression provenant du moteur thermique 1 comme indiqué en AL, cette huile traversant le corps 15 du turbocompresseur 13 pour lubrifier les paliers de 2904857 3 l'axe ou arbre de la turbine 14 et étant évacuée du turbocompresseur comme indiqué en S. La sortie en huile de lubrification de l'échangeur 11 est reliée notamment à l'entrée d'alimentation AL du 5 turbocompresseur 13. Lorsque la température du liquide de refroidissement à l'entrée 4 du thermostat 3 atteint une température habituelle d'environ 80 C, le thermostat 3 s'ouvre pour fournir un débit de liquide de 10 refroidissement au radiateur 10. Un tel circuit connu de refroidissement de moteur thermique ne permet pas de réduire à la fois la consommation en carburant en fonctionnement à froid du moteur pour réduire rapidement les pertes mécaniques par 15 frottement des différentes pièces du moteur et les émissions de polluants du moteur par abaissement de la température du liquide de refroidissement de celui-ci. La présente invention a pour but de résoudre le problème ci-dessus des circuits de refroidissement connus 20 de moteurs thermiques. A cet effet, selon l'invention, le dispositif permettant de commander un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule, tel qu'un véhicule automobile, parcouru par un liquide de refroidissement, 25 tel que de l'eau, sous l'action d'une pompe de circulation, lequel circuit est alimenté par une vanne thermostatique comprenant une entrée recevant du liquide de refroidissement provenant du moteur et une sortie du liquide de refroidissement reliée à un radiateur de 30 refroidissement, l'entrée de réception du liquide de refroidissement étant également reliée à un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle du véhicule et à un échangeur liquide/huile pour le refroidissement de l'huile de lubrification du moteur circulant dans 35 l'échangeur sous l'action d'une pompe de circulation, est caractérisé en ce que la vanne thermostatique est pilotée de manière à occuper une position de fermeture de passage 2904857 4 du liquide de refroidissement au radiateur à une température de ce liquide inférieure à une première température de consigne d'environ 40 C et une position d'ouverture de circulation du liquide de refroidissement 5 à travers le radiateur à une température de ce liquide supérieure à la première température de consigne et en ce que l'échangeur liquide/huile comprend une conduite de dérivation raccordée aux entrée et sortie d'huile de lubrification de l'échangeur et à débit d'huile contrôlé 10 par un ensemble formant électrovanne piloté en fonction de la température du liquide de refroidissement à l'entrée de la vanne thermostatique de manière à occuper une première position de coupure de circulation d'huile de lubrification au travers de l'échangeur et de 15 circulation d'huile de lubrification dans la conduite de dérivation de l'échangeur à une valeur de température du liquide de refroidissement inférieure à une seconde température de consigne d'environ 100 C et une seconde position de coupure de circulation d'huile de 20 lubrification dans la conduite de dérivation de l'échangeur liquide/huile et de circulation d'huile de lubrification au travers de l'échangeur à une valeur de température du liquide de refroidissement supérieure à la seconde température de consigne. 25 Lorsque le moteur thermique est pourvu d'un turbocompresseur à gaz d'échappement comportant un passage d'entrée et un passage de sortie d'huile sous pression pour la lubrification des paliers de l'axe de la turbine du turbocompresseur, un circuit de dérivation à 30 débit contrôlé par une électrovanne de régulation est branché parallèlement aux passages d'entrée et de sortie d'huile sous pression, l'électrovanne étant pilotée à sa position d'ouverture, lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à la seconde 35 température de consigne, de façon à permettre la circulation d'huile dans le circuit de dérivation pour augmenter le débit de circulation d'huile passant à 2904857 5 travers le turbocompresseur tant que la pression d'huile le traversant et réchauffée par les gaz d'échappement est supérieure à un niveau de pression prédéterminé qui correspond à une pression d'huile de fonctionnement 5 normal du moteur à chaud. Le passage de sortie du turbocompresseur est relié à l'entrée de la pompe de circulation de l'huile de lubrification du moteur. L'électrovanne de régulation est pilotée à sa 10 position de fermeture lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la seconde température de consigne. Selon une première variante de réalisation, l'ensemble formant électrovanne comprend deux 15 électrovannes à deux voies, une première électrovanne raccordée en série dans la conduite de dérivation de l'échangeur liquide/huile et une seconde électrovanne raccordée en série entre l'entrée de l'échangeur et le point de raccordement de la conduite de dérivation à la 20 conduite de raccordement de la pompe à huile à l'échangeur, la première électrovanne étant ouverte et la seconde électrovanne étant fermée lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à la seconde température de consigne, tandis que la première 25 électrovanne est fermée et la seconde électrovanne est ouverte lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la seconde température de consigne. Selon une deuxième variante de réalisation, 30 l'ensemble formant électrovanne comprend une électrovanne à trois voies. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description 35 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple 2904857 6 relative à un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente un moteur thermique pourvu de circuits connus de circulation de liquide de 5 refroidissement et de circulation d'huile de lubrification de ce moteur ; - la figure 2 représente un moteur thermique équipé de circuits conformes à l'invention permettant la circulation du liquide de refroidissement et d'huile de 10 lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement inférieure à une première température de consigne ; - la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2 représentant l'état des circuits de circulation 15 du liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement supérieure à la première température de consigne ; - la figure 4 est une vue semblable à celle de la 20 figure 2 et représentant l'état des circuits de circulation du liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement supérieure à une seconde température de consigne ; et 25 - la figure 5 est une vue en coupe agrandie suivant la ligne V - V de la figure 2 et représentant un dispositif permettant d'accélérer la montée en température de l'huile de lubrification traversant le turbocompresseur du moteur thermique des figures 2 à 4. 30 Les différents éléments ou composants des circuits de circulation du liquide de refroidissement et d'huile de lubrification du moteur thermique 1 représentés aux figures 2 à 4 et identiques ou accomplissant les mêmes fonctions que ceux des circuits de circulation du liquide 35 de refroidissement et de l'huile du lubrification du moteur thermique de la figure 1, portent les mêmes références et ne seront pas à nouveau détaillés. 2904857 7 Selon l'invention, comme représenté aux figures 2 à 5, l'arbre 16 de la turbine du turbocompresseur 13 est monté à rotation dans le corps 15 de celui-ci par au moins deux paliers axialement espacés dont un seul est 5 représenté. L'huile de lubrification sous pression provenant du moteur pénètre dans le turbocompresseur 13 au travers d'un perçage 18 réalisé dans le corps 15 et débouchant dans l'espace entre palier 17 et arbre 16 pour assurer 10 une lubrification de ceux-ci. L'huile de lubrification traverse le corps 15 pour être évacuée au travers du perçage de sortie 19 du corps 15 comme symbolisé en S. Ce perçage de sortie 19 est raccordé par l'intermédiaire d'un conduit 20 à l'entrée de la pompe à l'huile 12. 15 Dans le but d'accélérer la montée en température de l'huile de lubrification du moteur 1 traversant le turbocompresseur 13, il est prévu un circuit de dérivation à débit contrôlé 21 branché parallèlement aux perçages d'entrée 18 et de sortie 19 de l'huile sous 20 pression, de manière à augmenter le débit de circulation d'huile passant à travers le turbocompresseur 13 tant que la pression de l'huile le traversant et réchauffée par les gaz d'échappement est supérieure à un niveau de pression prédéterminé qui correspond à une pression 25 d'huile de fonctionnement normale du moteur à chaud. Le circuit de dérivation 21 comprend une électrovanne de régulation 22 pilotée à sa position d'ouverture du circuit 21 pour permettre la circulation d'huile dans ce circuit tant que la valeur de pression 30 d'huile est supérieure à celle de fonctionnement normale du moteur à chaud. L'électrovanne 22 permet de piloter le débit d'huile parallèle au plus près de la pression normale de fonctionnement de ce moteur et, par conséquent, d'augmenter le débit de dérivation. 35 L'électrovanne 22 peut donc être pilotée de manière que le débit d'huile puisse être dérivé jusqu'à ce que la température ou pression de fonctionnement normale du 2904857 8 moteur soit atteinte afin d'accélérer le réchauffement de l'huile de lubrification du moteur. Le circuit de dérivation 21 à électrovanne 22 peut être intégré dans le turbocompresseur ou tout simplement 5 fixé à celui-ci sans modifier la circulation des différents fluides du turbocompresseur comprenant l'huile, l'air et les gaz d'échappement par rapport aux turbocompresseurs existants. Par ailleurs, l'échangeur liquide/huile 11 comprend 10 une conduite de dérivation 23 raccordée à l'entrée et à la sortie d'huile de lubrification de l'échangeur 11 et une électrovanne 24 est associée à la conduite de dérivation 23 pour contrôler en tout ou rien le débit d'huile circulant à travers la conduite 23. 15 La portion 25a de la conduite 25 raccordant la pompe à huile 12 à l'entrée de l'échangeur 11 et qui est située entre cette entrée et la jonction de raccordement de la conduite de dérivation 23 à la conduite 25, est pourvue d'une électrovanne 26 permettant de contrôler en 20 tout ou rien le débit d'huile au travers de l'échangeur 11. La figure 2 représente l'état des circuits de circulation du liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification du moteur 1 lorsque la température du 25 liquide de refroidissement à l'entrée 4 du thermostat 3 est inférieure à une première température de consigne d'environ 40 C. Dans ces conditions, la vanne 3a du thermostat occupe une position de fermeture de passage du liquide de refroidissement vers le radiateur 10 et le 30 liquide de refroidissement peut circuler en circuit fermé au travers de l'aérotherme 9 afin de garantir la montée en température du liquide de refroidissement pour satisfaire au confort de l'habitacle du véhicule et au travers de l'échangeur 11. En outre, l'électrovanne 22 35 est pilotée de manière à permettre un débit d'huile supplémentaire dans le circuit de dérivation 21 au travers du turbocompresseur 13 afin d'accélérer la montée 2904857 9 en température de l'huile de lubrification. Enfin, l'électrovanne 24 est pilotée à sa position d'ouverture tandis que l'électrovanne 26 est pilotée à sa position de fermeture afin d'assurer la circulation de l'huile de 5 lubrification au travers de la conduite de dérivation 23 et, par conséquent, d'empêcher la circulation de l'huile de lubrification au travers de l'échangeur 11 afin de ne pas refroidir cette huile. La figure 3 représente l'état des circuits de 10 circulation du liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification du moteur 1 à une température du liquide de refroidissement supérieure à la première température de consigne, mais inférieure à une seconde température de consigne d'environ 100 C. Dans ces conditions, la vanne 15 3a du thermostat 3 s'ouvre à partir de cette première température de consigne pour assurer le passage du liquide de refroidissement au travers du radiateur 10 afin de maintenir la température de ce liquide à un faible niveau. L'électrovanne 22 ainsi que les deux 20 autres électrovannes 24, 26 occupent leur même position d'ouverture et de fermeture qu'en figure 2 de manière que l'échangeur 11 soit court-circuité afin de ne pas refroidir l'huile de lubrification et qu'un débit d'huile supplémentaire traverse le turbocompresseur 13 pour 25 accélérer la montée en température de l'huile de lubrification à concurrence de satisfaire la pression de cette huile comme expliqué précédemment. La figure 4 représente l'état des circuits de circulation du liquide de refroidissement et de l'huile 30 de lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement supérieure à la seconde température de consigne. Dans ces conditions, la vanne 3a du thermostat 3 reste à sa position d'ouverture de passage du liquide de refroidissement au travers du radiateur 10, le liquide 35 de refroidissement continue de circuler dans l'aérotherme 9 et l'échangeur 11, mais l'électrovanne 22 est pilotée à sa positon de fermeture du circuit de dérivation 21, 2904857 10 l'électrovanne 24 est pilotée à sa position de fermeture empêchant le passage d'huile sous pression de lubrification à travers la conduite de dérivation 23 et l'électrovanne 26 est pilotée à sa position d'ouverture 5 pour permettre à l'huile sous pression provenant de la pompe 12 de traverser l'échangeur 11 et d'être refroidie par le liquide de refroidissement traversant cet échangeur. L'invention permet donc la gestion thermique des 10 circuits de circulation de liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification d'un moteur thermique en accélérant la montée en température de l'huile de lubrification tout en maintenant la température du liquide de refroidissement à un niveau faible restant 15 compatible avec le confort dans l'habitacle du véhicule. L'invention permet de maintenir un écart assez significatif de températures entre le liquide de refroidissement et l'huile de lubrification lorsque la puissance demandée au moteur est relativement faible. Un 20 tel écart permet de réduire l'émission de polluants, en particulier les émissions de NOx, tout en diminuant la consommation du moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de commander un circuit de refroidissement d'un moteur thermique (1) de véhicule, tel qu'un véhicule automobile, parcouru par un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, sous l'action d'une pompe de circulation (2), lequel circuit est alimenté par une vanne thermostatique comprenant une entrée (4) recevant du liquide de refroidissement provenant du moteur (1) et une sortie de liquide de refroidissement reliée à un radiateur de refroidissement (10), l'entrée de réception du liquide de refroidissement étant également reliée à un aérotherme pour le chauffage de l'habitacle du véhicule et à un échangeur liquide/huile (11) pour le refroidissement de l'huile de lubrification du moteur (1) circulant dans l'échangeur (11) sous l'action d'une pompe de circulation (12), caractérisé en ce que la vanne thermostatique est pilotée de manière à occuper une position de fermeture de passage du liquide de refroidissement au radiateur à une température de ce liquide inférieure à une première température de consigne d'environ 40 C et une position d'ouverture de circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur à une température de ce liquide supérieure à la première température de consigne et en ce que l'échangeur liquide/huile comprend une conduite de dérivation raccordée aux entrée et sortie d'huile de lubrification de l'échangeur et à débit d'huile contrôlé par un ensemble formant électrovanne piloté en fonction de la température du liquide de refroidissement à l'entrée (4) de la vanne thermostatique de manière à occuper une première position de coupure de circulation d'huile de lubrification au travers de l'échangeur et de circulation d'huile de lubrification dans la conduite de dérivation de l'échangeur à une valeur de température du liquide de refroidissement inférieure à une seconde température de consigne d'environ 100 C et une seconde position de 2904857 12 coupure de circulation d'huile de lubrification dans la conduite de dérivation de l'échangeur liquide/huile (11) et de circulation d'huile de lubrification au travers de l'échangeur à une valeur de température du liquide de 5 refroidissement supérieure à la seconde température de consigne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le moteur thermique (1) est pourvu d'un turbocompresseur à gaz d'échappement (13) comportant 10 un passage d'entrée (18) et un passage de sortie (19) d'huile sous pression pour la lubrification des paliers (17) de l'axe (16) de la turbine du turbocompresseur (13), un circuit de dérivation (21) à débit contrôlé par une électrovanne de régulation (22) est branché 15 parallèlement aux passages d'entrée et de sortie (18,19) d'huile sous pression, l'électrovanne (22) étant pilotée à sa position d'ouverture, lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à la seconde température de consigne, de façon à permettre la 20 circulation d'huile dans le circuit de dérivation (21) pour augmenter le débit de circulation d'huile passant à travers le turbocompresseur (13) tant que la pression d'huile le traversant et réchauffée par les gaz d'échappement est supérieure à un niveau de pression 25 prédéterminé qui correspond à une pression d'huile de fonctionnement normal du moteur à chaud. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage de sortie (19) du turbocompresseur (13) est relié à l'entrée de la pompe de circulation (12) 30 de l'huile de lubrification du moteur. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrovanne de régulation est pilotée à sa position de fermeture lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la seconde 35 température de consigne. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble formant 2904857 13 électrovanne comprend deux électrovannes à deux voies, une première électrovanne raccordée en série dans la conduite de dérivation de l'échangeur liquide/huile et une seconde électrovanne raccordée en série entre 5 l'entrée de l'échangeur et le point de raccordement de la conduite de dérivation à la conduite de raccordement de la pompe à huile à l'échangeur, en ce que la première électrovanne est ouverte et la seconde électrovanne est fermée lorsque la température du liquide de 10 refroidissement est inférieure à la seconde température de consigne et en ce que la première électrovanne est fermée et la seconde électrovanne est ouverte lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à la seconde température de consigne. 15 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble formant électrovanne comprend une électrovanne à trois voies.