Brevet FR2904856A1 — 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 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 de 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. 2904856 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 2904856 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 comprend un ensemble formant vanne thermostatique recevant du liquide de refroidissement provenant du moteur, un radiateur de refroidissement du moteur pouvant être parcouru par le 30 liquide de refroidissement lorsque l'ensemble formant vanne thermostatique est ouvert, et un échangeur liquide/huile pouvant être parcouru par le liquide de refroidissement pour refroidir de l'huile de lubrification du moteur circulant dans l'échangeur sous 35 l'action d'une pompe de circulation, est caractérisé en ce que l'ensemble formant vanne thermostatique est raccordé également à l'échangeur liquide/huile et est 2904856 4 commandé en fonction de la température du liquide de refroidissement à son entrée de manière à occuper une première position de coupure de circulation du liquide de refroidissement vers le radiateur de refroidissement et 5 l'échangeur liquide/huile à une valeur de température du liquide de refroidissement inférieure à une première température de consigne d'environ 40 C, une seconde position de coupure de circulation du liquide de refroidissement vers l'échangeur liquide/huile et de 10 circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur de refroidissement à une valeur de température du liquide de refroidissement comprise entre la première température de consigne et une seconde température de consigne d'environ 80 C, et une troisième position de 15 circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur de refroidissement et l'échangeur liquide/huile à une température de liquide de refroidissement supérieure à la seconde température de consigne. Lorsque le moteur thermique est pourvu d'un 20 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 débit contrôlé par une électrovanne de régulation est 25 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 température de consigne, de façon à permettre la 30 circulation d'huile dans le circuit de dérivation pour augmenter le débit de circulation d'huile passant à 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 35 correspond à une pression d'huile de fonctionnement normale du moteur à chaud. 2904856 5 Le passage de sortie du turbocompresseur est relié à l'entrée de la pompe de circulation de l'huile de lubrification du moteur. De préférence, l'ensemble formant vanne 5 thermostatique comprend deux thermostats, dont l'un permet de mettre en communication l'entrée du liquide de refroidissement de ce thermostat avec le radiateur de refroidissement lorsque la température du liquide de refroidissement est égale ou supérieure à la première 10 température de consigne et l'autre permet de mettre en communication cette entrée avec l'échangeur liquide/huile lorsque la température du liquide de refroidissement est égale ou supérieure à la seconde température de consigne. L'entrée commune d'arrivée du liquide de 15 refroidissement aux deux thermostats est reliée par une conduite à l'aérotherme pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 20 apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : 25 - la figure 1 représente un moteur thermique pourvu de circuits connus de circulation de liquide de refroidissement et de circulation d'huile de lubrification de ce moteur ; - la figure 2 représente un moteur thermique équipé 30 de circuits conformes à l'invention permettant la circulation de liquide de refroidissement et d'huile de lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement inférieure à une première température de consigne ; 35 la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2 et représentant l'état des circuits de circulation du liquide de refroidissement et de l'huile 2904856 6 de lubrification du moteur à une température du liquide de refroidissement comprise entre la première température de consigne et une seconde température de consigne ; - la figure 4 est une vue semblable à celle de la 5 figure 2 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 la seconde température de consigne ; et 10 - 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. 15 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 20 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. Selon l'invention, comme représenté aux figures 2 à 5, l'arbre 16 de la turbine du turbocompresseur 13 est 25 monté à rotation dans le corps 15 de celui-ci par au moins deux paliers axialement espacés dont un seul est représenté. L'huile de lubrification sous pression provenant du moteur pénètre dans le turbocompresseur 13 au travers 30 d'un perçage 18 réalisé dans le corps 15 et débouchant dans l'espace entre palier 17 et arbre 16 pour assurer 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 35 perçage de sortie 19 est raccordé par l'intermédiaire d'un conduit 20 à l'entrée de la pompe à l'huile 12. 2904856 7 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 5 perçages d'entrée 18 et de sortie 19 de l'huile sous 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 10 pression prédéterminé qui correspond à une pression 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 15 d'huile dans ce circuit tant que la valeur de pression 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 20 conséquent, d'augmenter le débit de dérivation. 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 moteur soit atteinte afin d'accélérer le réchauffement de 25 l'huile de lubrification du moteur. Le circuit de dérivation 21 à électrovanne 22 peut être intégré dans le turbocompresseur ou tout simplement fixé à celui-ci sans modifier la circulation des différents fluides du turbocompresseur comprenant 30 l'huile, l'air et les gaz d'échappement par rapport aux turbocompresseurs existants. Par ailleurs, le circuit du liquide de refroidissement du moteur thermique 1 est équipé de deux vannes thermostatiques 23, 24 ou calorstats, chacune du 35 type à deux voies, connues en soi et pouvant s'ouvrir en fonction de l'élévation de la température d'entrée du liquide de refroidissement. 2904856 8 La vanne thermostatique 23 permet de mettre en communication l'entrée 4 du liquide de refroidissement provenant de la culasse du moteur avec le radiateur de refroidissement 10 tandis que la vanne thermostatique 24 5 permet de mettre en communication cette entrée avec l'échangeur liquide/huile 11. La vanne thermostatique 23 permettant de réguler le débit du liquide de refroidissement vers le radiateur 10 correspond à celle de l'art antérieur, mais son 10 ouverture, au lieu de se produire habituellement à une température du liquide de refroidissement d'environ 80 C, s'effectue à partir d'une température du liquide de refroidissement plus basse d'environ 40 C. Comme représenté en figure 2, lorsque la 15 température du liquide de refroidissement est inférieure à la première température de consigne de 40 C, les deux vannes thermostatiques 23, 24 sont fermées de sorte que le liquide de refroidissement circule uniquement à travers l'aérotherme 9 de manière à faire monter la 20 température du moteur pour assurer le chauffage de l'habitacle du véhicule, l'électrovanne 22 est ouverte de manière à faire circuler un débit d'huile supplémentaire au travers du turbocompresseur 13 afin d'accélérer la montée en température de l'huile de lubrification. Enfin, 25 du fait que la vanne thermostatique 24 soit fermée, aucun débit du liquide de refroidissement ne circule à travers l'échangeur liquide/huile 11 afin de ne pas refroidir l'huile de lubrification circulant en circuit fermé dans le moteur sous l'action de la pompe à huile 12. 30 La figure 3 représente la situation selon laquelle la température du liquide de refroidissement est comprise entre la première température de consigne d'environ 40 C et une seconde température de consigne d'environ 80 C. Dans ces conditions, la vanne thermostatique 23 est 35 ouverte à partir de la première température de consigne et permet d'assurer un débit de liquide de refroidissement au travers du radiateur 10 afin de 2904856 9 maintenir la température du liquide de refroidissement à un faible niveau. La vanne thermostatique 24 reste fermée de sorte qu'aucun débit du liquide de refroidissement ne circule à travers l'échangeur liquide/huile 11 afin de 5 garantir la montée en température de l'huile de lubrification et, bien entendu, du liquide de refroidissement circule en circuit fermé au travers de l'aérotherme sous l'action de la pompe à eau 2. L'électrovanne 22 reste ouverte de façon qu'un débit 10 d'huile supplémentaire traverse le turbocompresseur 13, débit d'huile qui est maintenu à concurrence de satisfaire la pression d'huile moteur comme expliqué précédemment en liaison avec le fonctionnement du circuit de dérivation 21 à vanne 22 de la figure 5, de sorte que 15 le réchauffement de l'huile est amélioré. La figure 4 représente la situation selon laquelle la température du liquide de refroidissement est supérieure à la seconde température de consigne d'environ 80 C. Dans ces conditions, la vanne thermostatique 23 20 reste ouverte et l'autre vanne thermostatique 24 s'ouvre de manière à permettre la circulation du liquide de refroidissement au travers de l'échangeur 11 pour assurer le refroidissement de l'huile de lubrification le traversant et l'électrovanne 22 du circuit de dérivation 25 21 est fermée. Bien entendu, le liquide de refroidissement continue à circuler au travers de l'aérotherme 9. L'invention permet donc la gestion thermique des circuits de circulation de liquide de refroidissement et 30 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 compatible avec le confort dans l'habitacle du véhicule. 35 L'invention permet de maintenir un écart assez significatif de températures entre le liquide de refroidissement et l'huile de lubrification lorsque la 2904856 10 puissance demandée au moteur est relativement faible. Un 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 comprend un ensemble formant vanne thermostatique (23,24) recevant du liquide de refroidissement provenant du moteur (1), un radiateur de refroidissement (10) du moteur pouvant être parcouru par le liquide de refroidissement lorsque l'ensemble formant vanne thermostatique est ouvert, et un échangeur liquide/huile (11) pouvant être parcouru par le liquide de refroidissement pour refroidir 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 l'ensemble formant vanne thermostatique (23,24) est raccordé également à l'échangeur liquide/huile et est commandé en fonction de la température du liquide de refroidissement à son entrée (4) de manière à occuper une première position de coupure de circulation du liquide de refroidissement vers le radiateur de refroidissement (10) et l'échangeur liquide/huile (11) à une valeur de température du liquide de refroidissement inférieure à une première température de consigne d'environ 40 C, une seconde position de coupure de circulation du liquide de refroidissement vers l'échangeur liquide/huile (11) et de circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur de refroidissement (10) à une valeur de température du liquide de refroidissement comprise entre la première température de consigne et une seconde température de consigne d'environ 80 C, et une troisième position de circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur de refroidissement (10) et l'échangeur liquide/huile (11) à une température du liquide de 2904856 12 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 5 d'un turbocompresseur à gaz d'échappement (13) comportant 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 10 une électrovanne de régulation (22) est branché 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 15 température de consigne, de façon à permettre la 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 20 d'échappement est supérieure à un niveau de pression 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 25 (13) est relié à l'entrée de la pompe de circulation (12) de l'huile de lubrification du moteur. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble formant vanne thermostatique comprend deux thermostats (23,24), 30 dont l'un (23) permet de mettre en communication l'entrée (4) du liquide de refroidissement de ce thermostat avec le radiateur de refroidissement (10) lorsque la température du liquide de refroidissement est égale ou supérieure à la première température de consigne et 35 l'autre (24) permet de mettre en communication cette entrée avec l'échangeur liquide/huile (11) lorsque la 2904856 13 température du liquide de refroidissement est égale ou supérieure à la seconde température de consigne. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrée commune (4) d'arrivée du liquide de 5 refroidissement aux deux thermostats (23,24) est reliée à l'aérotherme (9) pour le chauffage de l'habitacle du véhicule par une conduite (6). 10