Brevet FR2910608A1 — publié le 20080627

"Système de refroidissement pour un moteur à combustion interne d'un véhicule". La présente invention concerne un système de 5 refroidissement pour un moteur à combustion interne d'un véhicule. Elle s'applique en particulier à des véhicules équipés d'un moteur à combustion interne et de un ou plusieurs moteurs électriques à composants électroniques 10 de puissance contrôlant le fonctionnement des moteurs électriques, comme par exemple dans les moteurs hybrides, mais elle peut également s'appliquer à des véhicules hybrides ou non équipés chacun d'une boîte de vitesses automatique. 15 Le moteur thermique d'une part et les moteurs électriques d'autre part ainsi que les composants électroniques de puissance contrôlant le fonctionnement de moteurs électriques et comportant notamment des onduleurs et/ou des boîtes de vitesses automatiques ne 20 nécessitent pas le même degré de refroidissement pour fonctionner dans des conditions optimales. Ainsi, la température du fluide de refroidissement en entrée des composants électroniques de puissance ne doit pas dépasser environ 60 C, tandis que la 25 température en entrée du moteur électrique ne doit pas excéder environ 65 C et la température du fluide de refroidissement en entrée du moteur thermique est limitée à environ 105 C. On a déjà proposé un système de refroidissement 30 respectant les niveaux de température requis en prévoyant un radiateur dans lequel circule un fluide de refroidissement du moteur thermique et du ou des moteurs électriques et qui est composé d'un premier circuit dédié au refroidissement du moteur thermique et d'un second 2910608 2 circuit dédié au refroidissement des moteurs électriques de la chaîne de traction électrique. Cependant, le fait que ce radiateur connu soit complètement scindé en deux circuits de refroidissement séparés nécessite deux circuits de dégazage et deux circuits de remplissage du radiateur en usine. Un tel radiateur s'accompagne par conséquent d'un surcoût. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en proposant un système de refroidissement qui non seulement respecte les niveaux de température requis de refroidissement des moteurs et/ou des boîtes de vitesses automatiques d'un véhicule, mais est également d'une structure extrêmement simple et peu coûteuse. A cet effet, l'objet de l'invention est un système de refroidissement pour un moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant une chaîne de traction électrique et/ou une boîte de vitesses automatique, dans lequel circule un fluide refroidi dans un radiateur qui comprend une première boîte à eau constituant un collecteur d'entrée qui reçoit les tubulures d'entrée respectives des canalisations faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique et du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesses automatique, et une seconde boîte à eau constituant un collecteur de sortie relié aux canalisations respectives recevant les tubulures de sortie faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique et du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesses automatique, la seconde boîte à eau étant séparée de façon étanche en deux zones distinctes par une cloison et auxquelles sont raccordées respectivement les tubulures de sortie, et qui est caractérisé en ce que la première boîte à eau comprend une cloison la séparant en deux 2910608 3 zones auxquelles sont raccordées respectivement les tubulures d'entrée et pouvant communiquer l'une avec l'autre au travers d'un ajutage formé dans la cloison de séparation et en ce que l'ajutage peut être obturé par un 5 moyen mobile empêchant le passage du fluide de la zone de la première boîte à eau raccordée à la tubulure d'entrée faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique vers l'autre zone de cette boîte à eau raccordée à la tubulure d'entrée faisant partie du 10 circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesses, lors d'une dépressurisation pouvant se produire dans le circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesses automatique. 15 Avantageusement, le moyen d'obturation est un clapet qui, de préférence, est constitué par une bille flottant dans le fluide présent dans la zone de la première boîte à eau du circuit de refroidissement du moteur thermique et pouvant venir en appui étanche sur un 20 siège conjugué de l'ajutage en cas de dépressurisation dans l'autre zone de cette boîte à eau faisant partie du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesses automatique. La première boîte à eau est raccordée par sa zone 25 du circuit de refroidissement du moteur thermique à une tubulure de remplissage du radiateur et de dégazage de celui-ci. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 30 apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence à la figure illustrant un mode de réalisation de l'invention et qui représente une vue de face d'un radiateur de refroidissement conforme à l'invention. 2910608 4 Le système de refroidissement de l'invention va être décrit dans l'application à un véhicule automobile hybride comprenant d'une part un moteur thermique et d'autre part une chaîne de traction électrique comprenant 5 un ou plusieurs moteurs électriques associés à des composants électroniques de puissance, mais il est bien entendu qu'elle peut également s'appliquer à des véhicules à moteurs thermiques et boîtes de vitesses automatiques que l'on cherche également à refroidir. 10 Comme cela est connu en soi, le circuit interne de refroidissement du moteur thermique est traversé par un liquide de refroidissement généralement constitué par de l'eau, le cas échéant additionné d'un produit antigel et le circuit de refroidissement de la chaîne de traction 15 électrique est traversé par un liquide de refroidissement qui est également de l'eau, le cas échéant additionné d'un produit antigel. Le système de refroidissement de l'invention comprend un radiateur constitué par un échangeur de 20 chaleur liquide/air permettant de refroidir le liquide le traversant par un balayage d'air. Le radiateur 1 comprend une première boîte à eau constituant un collecteur d'entrée 2 qui reçoit les tubulures d'entrée respectives 3, 4 des canalisations, 25 non représentées, faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique et de la chaîne de traction électrique. Ainsi, l'entrée 3 du radiateur 1 est reliée par une canalisation à la sortie du moteur thermique tandis que la tubulure d'entrée 4 est reliée 30 par une canalisation à la sortie du moteur électrique de la chaîne de traction électrique. Le radiateur 1 comprend également une deuxième boîte à eau 5 constituant le collecteur de sortie relié à des canalisations respectives, non représentées, recevant 35 les tubulures de sortie 6, 7 faisant partie 2910608 5 respectivement du circuit de refroidissement du moteur thermique et du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique. Ainsi, la tubulure de sortie 6 est reliée par une canalisation à l'entrée du moteur 5 thermique par l'intermédiaire d'une pompe, non représentée, entraînant le fluide de refroidissement vers cette entrée et la tubulure de sortie 7 est reliée par une canalisation à l'entrée du moteur électrique et/ou à des composants électroniques de puissance à refroidir. 10 La seconde boîte à eau 5 est séparée de façon étanche en deux zones distinctes 5a, 5b par une cloison 8 et auxquelles sont raccordées respectivement les tubulures de sortie 6, 7. Le radiateur 1 comprend en outre une tubulure 9 15 raccordée à la première boîte à eau 2 et permettant le remplissage du radiateur 1 en liquide et également le dégazage du liquide du circuit de refroidissement aussi bien du moteur thermique que de la chaîne de traction électrique. 20 La première boîte à eau 2 comprend une cloison 10 séparant la boîte à eau 2 en deux zones 2a, 2b, auxquelles sont raccordées respectivement les deux tubulures d'entrée 3, 4 et en communication de liquide l'une avec l'autre au travers d'un ajutage 11 formé dans 25 la cloison 10. L'ajutage 11 permet d'assurer les fonctions de remplissage et de dégazage des circuits de refroidissement du moteur thermique et de la chaîne de traction électrique par la tubulure 9 qui est raccordée à 30 la zone 2a de la boîte à eau 2. Ainsi, le radiateur 1 définit deux parties, une première partie à travers laquelle circule le liquide de refroidissement du moteur thermique comme indiqué par la flèche A et dite haute température du fait que la 35 température du liquide de refroidissement en entrée du 2910608 6 moteur thermique est d'environ 105 C et une deuxième partie à travers laquelle circule le liquide servant au refroidissement de la chaîne de traction électrique comme indiqué par la flèche B et dite de basse température du 5 fait que la température du liquide de refroidissement en entrée du moteur électrique et des composants électroniques de puissance de celui-ci est limitée à environ 80 C. L'ajutage 11 peut être obturé par un moyen mobile 10 empêchant le passage du liquide de la zone 2a de la boîte à eau 2 vers la zone 2b de cette même boîte à eau afin d'assurer le fonctionnement de la partie haute température du radiateur 1 en cas de fuite du liquide de refroidissement de la partie basse température de ce 15 radiateur. En effet, en cas de fuite du liquide de refroidissement de la partie basse température du radiateur 1 et en l'absence du moyen mobile 12, la dépressurisation résultante dans la partie basse 20 température du radiateur entraînera une vidange du liquide de refroidissement dans la partie haute température du radiateur au travers de l'ajutage 11 et de la partie basse température du radiateur, pouvant générer une casse du moteur thermique et/ou des moteurs 25 électriques et/ou une destruction des composants électroniques de puissance associés aux moteurs électriques. Le moyen mobile 12 constitue un clapet pouvant venir en appui sur un siège conjugué 13 afin d'obturer 30 l'ajutage 11. De préférence, le clapet 12 est constitué par une bille située dans la zone 2a de la première boîte à eau 2 et flottant dans le liquide de refroidissement présent dans cette boîte à eau. Cette bille peut être réalisée en 35 une matière à base de plastique. En cas de fuite du 2910608 7 liquide de refroidissement dans la partie basse température du radiateur 1 faisant partie du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique, la bille 12 bouchera l'ajutage 11 en s'appliquant sur son 5 siège 13 de manière à empêcher une vidange du liquide de refroidissement présent dans la partie haute température du radiateur 1 faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique. L'invention n'est pas limitée à une bille 12 10 formant clapet anti-retour. Le moyen mobile 12 d'obturation de l'ajutage 11 peut être du type à moyen commandé électriquement lors d'une détection d'une fuite du liquide de refroidissement dans la partie basse température du radiateur 1. Un tel moyen commandé peut 15 être constitué par une soupape électriquement commandée d'obturation de l'ajutage 11. Bien entendu, en cas de fuite du liquide de refroidissement de la partie basse température du réservoir 1, la chaîne de traction électrique ou la boîte 20 de vitesses automatique du véhicule utilisée à la place de la chaîne de traction électrique, ne sera plus refroidie correctement, mais le moteur thermique restera efficacement refroidi, empêchant de la sorte une immobilisation du véhicule. 25 Le remplissage en usine du radiateur 1 s'effectue en faisant le vide dans celui-ci. Ainsi, le liquide pénétrera dans le radiateur 1 au travers de la tubulure de remplissage 9 et de l'ajutage 11 non obturé par le clapet 12 pour assurer le remplissage en liquide des deux 30 parties haute température et basse température de ce radiateur. Le clapet à bille flottante 12 est la solution technique idéale pour assurer le passage du liquide de refroidissement de la partie haute température vers la partie basse température lors du remplissage du radiateur 35 1 par le vide. La bille s'alignera avec le niveau de 2910608 8 liquide lors du remplissage laissant ainsi libre l'ajutage 11 pour le passage du liquide. En cas de fuite du liquide dans la partie basse température du radiateur 1, la bille 12 bouchera l'ajutage 11 pour empêcher une 5 vidange de la partie haute température de ce radiateur. Le remplissage du radiateur 1 en service après-vente s'effectuera pas le vase d'expansion, le radiateur n'étant pas sous vide. Le circuit du liquide de refroidissement qui ne sera pas alors pressurisé assurera 10 le passage, au travers de la boîte à eau supérieure 2 du radiateur, du liquide de la partie haute température vers la partie basse température de ce radiateur. Le clapet à bille 12 est une fois de plus la solution technique idéale pour assurer le passage du liquide de la partie 15 haute température vers la partie basse température du radiateur lors de son remplissage en après-vente. Comme pour le remplissage du réservoir en usine, la bille 12 s'alignera avec le niveau d'eau lors du remplissage, laissant ainsi l'ajutage 11 libre pour le passage du 20 liquide. Cette bille bouchera l'ajutage 11 en cas de fuite de la partie basse température du radiateur 1, empêchant de la sorte une vidange de la partie haute température du radiateur 1. Le système de refroidissement de l'invention 25 présente, par rapport aux systèmes connus de refroidissement, les avantages suivants : -il ne nécessite pas l'usage d'un circuit de liquide de refroidissement spécifique avec un radiateur dédié, 30 le radiateur n'est pas complètement scindé en deux circuits de refroidissement totalement séparés et, par conséquent, ne nécessite pas de dégazage distinct. De la sorte, ces avantages ont pour conséquence de réduire les coûts de réalisation du radiateur, d'éviter 35 d'effectuer deux opérations de remplissage en usine ou en 2910608 9 après-vente du radiateur et de ne pas nécessiter un dégazage de mise en charge du radiateur et d'une boîte de dégazage supplémentaire. Autrement dit, le système de refroidissement de 5 l'invention utilise un radiateur échangeur liquide/air unique avec des zones d'échange dédiées de liquide pour les haute et basse températures et un dispositif de remplissage/dégazage unique, permettant de la sorte d'éviter une augmentation du porte-à-faux avant du 10 véhicule et de limiter l'encombrement du compartiment moteur sous le capot du véhicule (pas de circuit de dégazage supplémentaire), le compartiment moteur étant déjà très encombré notamment dans le cadre d'un véhicule hybride. 15 REVENDICATIONS 1. Système de refroidissement pour un moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant une chaîne de traction électrique et/ou une boîte de vitesses automatique, dans lequel circule un fluide refroidi dans un radiateur (1) qui comprend une première boîte à eau (2) constituant un collecteur d'entrée qui reçoit les tubulures d'entrée respectives (3,4) des canalisations faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique et du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesse automatique, et une seconde boîte à eau (5) constituant un collecteur de sortie relié aux canalisations respectives recevant les tubulures de sortie (6,7) faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique et du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesse automatique, la seconde boîte à eau (5) étant séparée de façon étanche en deux zones distinctes (5a,5b) par une cloison (8) et auxquelles sont raccordées respectivement les tubulures de sortie (6,7), caractérisé en ce que la première boîte à eau (2) comprend une cloison (10) la séparant en deux zones (2a,2b) auxquelles sont raccordées respectivement les tubulures d'entrée (3,4) et pouvant communiquer l'une avec l'autre au travers d'un ajutage (11) formé dans la cloison de séparation (10) et en ce que l'ajutage (11) peut être obturé par un moyen mobile (12) empêchant le passage du fluide de la zone (2a) de la première boîte à eau (2) raccordée à la tubulure d'entrée (3) faisant partie du circuit de refroidissement du moteur thermique vers l'autre zone (2b) de cette boîte à eau raccordée à la tubulure d'entrée (4) faisant partie du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesse, lors d'une 2910608 11 dépressurisation accidentelle pouvant se produire dans le circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesse automatique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en 5 ce que le moyen d'obturation (12) est un clapet. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le clapet (12) est constitué par une bille flottant dans le fluide présent dans la zone (2a) de la première boîte à eau (2) et pouvant venir en appui 10 étanche sur un siège conjugué (13) de l'ajutage (11) en cas de dépressurisation dans l'autre zone (2b) de cette boîte à eau faisant partie du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique ou de la boîte de vitesse automatique. 15 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure (9) de remplissage du radiateur (1) et de dégazage de celui-ci raccordée à la zone (2a) de la première boîte à eau (2). 20 5. Véhicule équipé du système de refroidissement pour un moteur à combustion interne du véhicule à chaîne de traction électrique faisant l'objet de l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Véhicule équipé du système de refroidissement 25 pour un moteur à combustion interne à boîte de vitesses automatique faisant l'objet de l'une quelconque des revendications 1 à 4.