Brevet FR2908457A3 — publié le 20080516

FR 2908457 A3 20080516 FR 0654851 A 20061110 1 Système de refroidissement d'un moteur thermique. L'invention concerne un système de refroidissement d'un moteur thermique, en particulier comportant un échangeur pour refroidir des gaz d'échappement recyclés. Un moteur thermique comporte quelquefois un circuit permettant de recycler des gaz d'échappement vers le circuit d'admission, de manière à améliorer les conditions de combustion dans le moteur. Un refroidissement de ces gaz avant leur introduction dans le circuit d'admission s'avère souvent utile. Le véhicule comporte également divers organes qui ont besoin d'être refroidis, mais à des niveaux de température inférieurs à ceux du moteur thermique. Il s'agit par exemple de moteur électrique, d'unité de puissance électronique, de batteries, de paliers de turbocompresseur ou de radiateur d'air de suralimentation. Le document WO 02/48516 montre par exemple un système de refroidissement d'un moteur thermique. Le système comporte un circuit principal incluant le moteur, un radiateur principal et une pompe apte à faire circuler un liquide de refroidissement dans le circuit. En dérivation de la pompe, un circuit secondaire comporte un radiateur secondaire et un échangeur pour refroidir de l'air de suralimentation. Ce circuit a l'avantage de n'utiliser qu'une pompe pour faire circuler le liquide de refroidissement à la fois dans le circuit principal et dans le circuit 2908457 2 secondaire. Cependant, la circulation dans le circuit secondaire est permanente et ne permet pas de moduler le refroidissement en fonction des besoins. L'invention a pour objectif de proposer un 5 circuit de refroidissement simple dans les composants qu'il met en oeuvre, mais permettant de refroidir des organes d'un véhicule à un niveau de température inférieur à celui de refroidissement du moteur, tout en modulant le refroidissement en fonction des 10 besoins. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système de refroidissement d'un moteur thermique, dans lequel un liquide caloporteur circule dans un circuit principal comportant le moteur, un 15 radiateur principal et une pompe en amont du moteur, et dans un circuit secondaire comportant la pompe, un radiateur secondaire et un échangeur. Le circuit secondaire comporte en outre une vanne secondaire apte à limiter ou couper la circulation du liquide 20 dans le circuit secondaire, la vanne secondaire étant apte à être pilotée par des moyens de commande. On dispose ainsi d'un système comportant un circuit principal pouvant fonctionner à température élevée, et un circuit secondaire pouvant fonctionner 25 à une température plus basse, de manière à refroidir efficacement un élément d'un véhicule. De plus, ce résultat est obtenu avec une seule pompe de circulation du liquide de refroidissement. La vanne secondaire permet de ne faire circuler le liquide dans le circuit secondaire que si le besoin existe. On évite ainsi de disperser des calories par le radiateur secondaire, calories qui sont utiles 2908457 3 pendant la phase de démarrage du moteur pour augmenter le plus rapidement possible la température de fonctionnement du moteur. Selon une disposition particulière, le circuit 5 principal comporte en outre un aérotherme en parallèle avec le radiateur principal, et une vanne principale apte à limiter ou couper la circulation du liquide dans le radiateur principal. Tant que le niveau de température du liquide de 10 refroidissement dans le moteur n'est pas satisfaisant, on interdit avec la vanne principale la circulation dans le radiateur principal, ce qui évite la dispersion de calories utiles. Le circuit principal est alors bouclé sur l'aérotherme. 15 L'aérotherme ne prélève des calories que si un utilisateur fait appel au chauffage de l'habitacle du véhicule. La vanne principale peut être par exemple une vanne thermostatique ou une vanne pilotée par des 20 moyens de commande. La vanne thermostatique permet d'obtenir le refroidissement du liquide si celui-ci dépasse une température prédéterminée. Par contre, la vanne pilotée permet de déterminer le besoin de refroidissement selon d'autre critères, tel que le 25 niveau de charge du moteur. Selon un perfectionnement, le système comporte une dérivation entre le circuit principal, en amont du radiateur principal, et le circuit secondaire, en amont du radiateur secondaire, la dérivation 30 comportant une vanne de dérivation apte à ouvrir ou fermer la circulation du liquide dans la dérivation. 2908457 4 Lorsque le moteur est à forte charge, la puissance calorifique à évacuer est importante. Dans le cas où l'échangeur est un échangeur de gaz d'échappement recyclés, le débit de gaz d'échappement recyclés est 5 nul dans cette situation. On peut donc, grâce à la dérivation, utiliser le radiateur secondaire pour refroidir le liquide de refroidissement. Le liquide qui passe ensuite à travers l'échangeur n'est pas réchauffé. Puis il arrive en amont de la pompe. Le 10 radiateur secondaire contribue ainsi à évacuer une quantité de chaleur supplémentaire, en complément au radiateur principal. Selon un autre perfectionnement, le circuit secondaire comporte une vanne de bipasse apte à 15 orienter sélectivement le liquide vers le radiateur secondaire ou vers un bipasse en parallèle au radiateur secondaire. Le radiateur secondaire peut ainsi être mis hors circuit. Ainsi, pendant la phase de démarrage lorsque le moteur est froid et qu'il est 20 déjà utile de refroidir les gaz d'échappement recyclés, la chaleur cédée par les gaz d'échappement recyclés est récupérée par le liquide et contribue à accélérer l'élévation de température du liquide et du moteur. 25 De manière particulière, la vanne de bipasse est une vanne thermostatique. L'échangeur est prévu pour refroidir un élément à basse température, par exemple pour refroidir des gaz d'échappement recyclés, mais ce pourrait aussi 30 être un radiateur d'air de suralimentation, un moteur électrique ou une unité électronique de puissance. 2908457 5 L'invention a aussi pour objet un procédé de commande d'un système tel que décrit précédemment, selon lequel la vanne secondaire est fermée lorsque l'échangeur n'a pas besoin de refroidissement. 5 De manière particulière, lorsque le système comporte la dérivation, on ouvre la vanne de dérivation lorsque la charge du moteur est supérieure à un seuil prédéterminé. Selon une autre disposition, lorsque le système 10 comporte une vanne pilotée pour la vanne principale, celle-ci est ouverte lorsque la température est supérieure à un premier seuil et que la charge du moteur est inférieure à un seuil prédéterminé, et lorsque la température est supérieure à un deuxième 15 seuil inférieur au premier seuil et que la charge du moteur est supérieure audit seuil prédéterminé. On peut ainsi maintenir le moteur à un haut niveau de température lorsque la puissance thermique à évacuer est faible, c'est-à-dire que la charge est faible, 20 mais abaisser la température du liquide de refroidissement lorsque la charge du moteur est élevée et que la puissance thermique à évacuer est importante. Lorsque la température du liquide est plus élevée, l'huile de lubrification est aussi à 25 plus grande température et ainsi est plus fluide. Les frottements mécaniques sont donc réduits, ce qui améliore le rendement du moteur. Par contre, lorsque la température du liquide est plus faible, l'efficacité du refroidissement du moteur est 30 améliorée. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture 2908457 6 de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un premier 5 mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues similaires à la figure 1, le système étant dans des modes de fonctionnement différents ; - la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 10 d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue similaire à la figure 1 d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Un système de refroidissement conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation est 15 représenté de manière schématique sur les figures 1 à 3. Il comporte un moteur 3 thermique tel qu'un moteur à pistons à allumage commandé ou par compression animant un véhicule automobile. Le moteur 3 comporte un passage pour du liquide de refroidissement entre 20 un orifice d'entrée 30 et un orifice de sortie. Le système comporte un circuit principal 1 incluant, dans le sens de circulation du liquide, le moteur 3, une vanne principale 10, un radiateur principal 11 et une pompe 4. La pompe 4 est prévue pour faire 25 circuler le liquide de refroidissement, et est connectée à l'orifice d'entrée 30 par une conduite, pouvant être éventuellement intégrée au moteur 3. Le circuit principal 1 comporte également un aérotherme 12 connecté entre l'orifice de sortie et la pompe 4. 30 L'aérotherme 12 est donc en parallèle avec l'ensemble formé par la vanne principale 10 et le radiateur principal 11. 2908457 7 Le système comporte en outre un circuit secondaire 2 incluant, dans le sens de circulation du liquide, une vanne secondaire 20, un radiateur secondaire 21, un échangeur 22 de gaz d'échappement 5 recyclés et la pompe 4. Les sorties du radiateur principal 11, de l'échangeur 22 et de l'aérotherme 12 sont donc connectées ensembles à l'entrée de la pompe 4. La pompe 4 est par exemple une pompe mécanique, 10 entraînée par le vilebrequin du moteur 3 et fonctionnant en permanence lorsque le moteur 3 tourne. La vanne principale 10 est du type thermostatique, qui s'ouvre lorsque la température du 15 liquide atteint un seuil prédéterminé, par exemple 85 C. La vanne comporte par exemple un bulbe de cire qui se dilate avec l'augmentation de la température. Un petit débit de fuite est maintenu en permanence pour que le bulbe évolue à la température du liquide. 20 Lorsque le moteur 3 est froid, la vanne principale 10 et la vanne secondaire 20 sont fermées. La pompe 4 fait circuler le liquide à travers le moteur 3 puis l'aérotherme 12, comme représenté par les flèches sur la figure 1. 25 Lorsque les moyens de commande déterminent qu'il est utile de refroidir les gaz d'échappement recyclés, ils commandent la vanne secondaire 20 pour l'ouvrir. Le liquide circule alors aussi dans le circuit secondaire 2, comme représenté par les 30 flèches sur la figure 2. Les gaz d'échappement recyclés sont ainsi refroidis et le liquide est 2908457 8 réchauffé, ce qui accélère la mise en température du moteur 3. Lorsque le liquide est suffisamment chaud, la vanne principale 10 s'ouvre et le liquide circule 5 aussi à travers le radiateur principal 11. Le refroidissement du moteur 3 est alors assuré. Lorsque le moteur 3 est chaud, à forte charge et haut régime, il n'y a pas de recyclage des gaz d'échappement et leur débit dans l'échangeur 22 est 10 annulé par des moyens non représentés. Le liquide qui continue à circuler dans le circuit secondaire 2 est refroidi par le radiateur secondaire 21, passe dans l'échangeur 22 sans être réchauffé et revient vers la pompe 4. Le radiateur secondaire 21 participe donc 15 ainsi au refroidissement du moteur 3. Dans une première variante du premier mode de réalisation, représenté sur la figure 4, le système selon le premier mode de réalisation est complété par une dérivation 5 connectée entre la sortie du moteur 20 3 et l'amont du radiateur secondaire 21. La dérivation 5 comporte une vanne de dérivation 50 pilotée par les moyens de commande. L'ouverture de la vanne de dérivation 50 permet de faire passer le liquide depuis la sortie du moteur 3 vers l'entrée du 25 radiateur secondaire 21. Dans cette variante, tant que la vanne de dérivation 50 est fermée, le système fonctionne comme dans le premier mode de réalisation, aucun liquide ne circulant dans la dérivation 5. Lorsque le moteur 3 30 est chaud et à forte charge, la vanne secondaire 20 est fermée et la vanne de dérivation 50 est ouverte. 2908457 9 Le liquide de refroidissement issu de la sortie du moteur 3 circule dans la dérivation 5 et passe par le radiateur secondaire 21. Le liquide refroidi passe alors dans l'échangeur 22, mais de la même manière 5 que précédemment, il n'est pas réchauffé en l'absence de circulation de gaz d'échappement recyclés. Le radiateur participe donc au refroidissement du liquide. Ce refroidissement est plus efficace que dans le premier mode de réalisation car la 10 température du liquide à la sortie du moteur 3 est plus élevée qu'à la sortie de la pompe 4, et donc la quantité de chaleur cédée dans le radiateur secondaire 21 est plus importante. Selon une deuxième variante, le circuit 15 secondaire 2 comporte en amont du radiateur secondaire 21 une vanne de bipasse 23 connectée à un bipasse 24 en parallèle au radiateur. Cette variante est montrée sur la figure 5. La vanne de bipasse 23 est apte à orienter le liquide vers le radiateur 20 secondaire 21 ou vers le bipasse 24. Lorsque le moteur 3 est froid et que les gaz d'échappement recyclés ont besoin d'être refroidis, la vanne secondaire 20 est ouverte et la vanne de bipasse 23 oriente le liquide vers le bipasse 24 et l'échangeur 25 22. On récupère ainsi des calories pour accélérer la mise en température du liquide et donc du moteur 3. Dans une troisième variante, correspondant aussi au schéma de la figure 1, la vanne principale est une vanne thermostatique pilotée. Par exemple, la 30 vanne comporte une résistance électrique apte à chauffer sur commande le bulbe de la vanne thermostatique. Le bulbe est choisi pour que la vanne 2908457 10 s'ouvre lorsque la température du liquide est supérieure à un premier seuil, par exemple 105 C. Lorsque la charge du moteur est élevée et que le moteur est chaud, on commande le chauffage de la 5 résistance électrique, de telle sorte que l'ouverture de la vanne se produit si la température du liquide est supérieure à un deuxième seuil, par exemple 85 C. Ainsi, lorsque le moteur est à faible régime, 10 par exemple à moins de 2800 tr/min, et à faible charge, par exemple avec un couple fourni moins de 110 N.m, la température et régulée au niveau du premier seuil, ce qui permet d'avoir un liquide de lubrification plus fluide. Les frottements internes 15 du moteur sont diminués ainsi que la consommation de carburant. L'invention n'est limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits uniquement à titre d'exemples. Les variantes peuvent être combinées 20 entre elles. Les vannes peuvent être des vannes proportionnelles, permettant ainsi de réaliser des transitions progressives dans les modes de fonctionnement. La vanne pilotée peut être du type à clapet commandée par un servo-moteur, entièrement 25 piloté par une unité de commande du moteur. La vanne principale 10 peut être remplacée par une vanne trois voies. Le circuit secondaire peut refroidir d'autres éléments du groupe motopropulseur ou du véhicule. La pompe 4, la vanne secondaire 20 et les 30 conduites entre la pompe 4, la vanne secondaire 20 et le moteur 3 peuvent être intégrés au moteur 3. 2908457 11 Les radiateurs 11 et 21 peuvent être physiquement séparés ou bien comporter des boîtes à eau mécaniquement liées, mais hydrauliquement séparées. 5 REVENDICATIONS 1. Système de refroidissement d'un moteur (3) thermique, dans lequel un liquide caloporteur circule dans un circuit principal (1) comportant le moteur (3), un radiateur principal (11) et une pompe (4) en amont du moteur (3), et dans un circuit secondaire (2) comportant la pompe (4), un radiateur secondaire (21) et un échangeur (22), caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) comporte en outre une vanne secondaire (20) apte à limiter ou couper la circulation du liquide dans le circuit secondaire (2), la vanne secondaire (20) étant apte à être pilotée par des moyens de commande. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le circuit principal (1) comporte en outre un aérotherme (12) en parallèle avec le radiateur principal (11), et une vanne principale (10) apte à limiter ou couper la circulation du liquide dans le radiateur principal (11). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la vanne principale (10) est une vanne thermostatique. 4. Système selon la revendication 2, dans lequel la vanne principale (10) est une vanne pilotée par des moyens de commande. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une dérivation (5) entre le circuit principal (1), en amont du radiateur principal (11), et le circuit secondaire (2), en 2908457 13 amont du radiateur secondaire (21), la dérivation (5) comportant une vanne de dérivation (50) apte à ouvrir ou fermer la circulation du liquide dans la dérivation (5). 5 6. Système selon la revendication 1, dans lequel le circuit secondaire (2) comporte une vanne de bipasse (23) apte à orienter sélectivement le liquide vers le radiateur secondaire (21) ou vers un bipasse (24) en parallèle au radiateur secondaire 10 (21). 7. Système selon la revendication 6, dans lequel la vanne de bipasse (23) est une vanne thermostatique. 8. Système selon la revendication 1, dans 15 lequel l'échangeur (22) est prévu pour refroidir des gaz d'échappement recyclés. 9. Procédé de commande d'un système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne secondaire (20) est fermée lorsque l'échangeur (22) 20 n'a pas besoin de refroidissement. 10. Procédé de commande selon la revendication 9 d'un système selon la revendication 5, selon lequel on ouvre la vanne de dérivation (50) lorsque la charge du moteur (3) est supérieure à un 25 seuil prédéterminé. 11. Procédé de commande selon la revendication 9 d'un système selon la revendication 4, selon lequel la vanne principale (10) est ouverte lorsque la température est supérieure à un premier seuil et que la charge du moteur (3) est inférieure à 2908457 14 un seuil prédéterminé, et lorsque la température est supérieure à un deuxième seuil inférieur au premier seuil et que la charge du moteur (3) est supérieure audit seuil prédéterminé.