Brevet FR2944321A1 — publié le 20101015

PROCEDE D'UTILISATION DU CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE [000l] La présente invention concerne un procédé d'utilisation du circuit de 5 refroidissement d'un moteur thermique refroidi à l'aide d'un fluide caloporteur. [0002] L'invention concerne plus particulièrement l'optimisation de l'utilisation du boitier de circulation du fluide caloporteur, en général un liquide, en fonction de paramètres prédéterminés. Le circuit de refroidissement du moteur est habituellement couplé à d'autres éléments dédiés à d'autres fonctions telles que par exemple le 10 chauffage de l'habitacle à l'aide d'un aérotherme. Le fluide caloporteur circule alors dans différentes boucles, notamment une boucle de refroidissement du fluide caloporteur comportant un radiateur, une boucle de by-pass pour la circulation directe du fluide caloporteur dans le bloc moteur sans passer par le radiateur et une boucle de chauffage de l'habitacle comportant un aérotherme. La circulation du fluide est 15 assuré par une pompe (appelée couramment pompe à eau) et l'envoi du fluide dans l'une desdites boucles est piloté à l'aide d'un boitier représenté schématiquement sur la figure 1. Ce boitier 10, relié à la culasse du moteur 11, comporte une entrée 12 du fluide (entrée reliée à la culasse du moteur) et trois sorties : une sortie by-pass 13 reliée à une boucle de by-pass pour la circulation du fluide directement dans le bloc 20 moteur, une sortie aérotherme 14 reliée à une boucle de chauffage de l'habitacle et une sortie radiateur 15 reliée à une boucle comprenant un radiateur pour le refroidissement du fluide caloporteur. Les flèches indiquent le sens de circulation du fluide caloporteur. [0003] De façon générale, le circuit de refroidissement fonctionne selon deux 25 modes : lorsque le moteur est froid, la sortie radiateur 15 est fermée et les sorties by-pass 13 et aérotherme 14 sont ouvertes et, lorsque le moteur est chaud, ayant atteint sa température de fonctionnement, la sortie by-pass 13 est fermée et les sorties radiateur 15 et aérotherme 14 sont ouvertes. [0004] Cette façon de procéder présente cependant des inconvénients : tout 30 d'abord, les systèmes de refroidissement sont généralement dimensionnés en fonction du régime maximal et de la pleine charge du moteur. Ils sont donc surdimensionnés. De plus, afin de diminuer le niveau de pollution, il est nécessaire d'ajuster au mieux le réglage du moteur dans toutes les conditions d'utilisation, et notamment sa température de fonctionnement. [0005i Il est donc souhaitable d'optimiser le fonctionnement du circuit de refroidissement du moteur. C'est ce que propose la présente invention en pilotant au mieux le boitier de refroidissement 10 en le faisant fonctionner selon différents modes en fonction des conditions d'utilisation du véhicule et des paramètres moteur. [0006] A cette fin, l'invention concerne un procédé d'utilisation du circuit de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule, un fluide caloporteur pouvant circuler dans ledit circuit, lequel comporte un boitier muni d'une entrée par laquelle pénètre ledit fluide et au moins trois sorties, une sortie de by-pass par laquelle peut sortir ledit fluide pour être dirigé vers l'entrée du circuit de refroidissement du moteur, une sortie aérotherme par laquelle peut sortir ledit fluide pour être dirigé vers un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle dudit véhicule et une sortie radiateur par laquelle peut sortir ledit fluide pour être dirigé vers un radiateur destiné au refroidissement dudit fluide, ledit boitier comportant des moyens de fermeture/ouverture desdites sorties et des moyens de commande desdits moyens de fermeture/ouverture. Selon le procédé, lesdits moyens de fermeture/ouverture sont actionnés de sorte que ledit boitier puisse fonctionner selon au moins quatre modes différents. [0007] Selon un premier mode de fonctionnement, lesdits moyens de commande positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties de by-pass, aérotherme et radiateur soient fermées. [0008] Selon un deuxième mode de fonctionnement, lesdits moyens de commande positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties de 25 by-pass et radiateur soient fermées et que ladite sortie aérotherme soit ouverte. [0009] Selon un troisième mode de fonctionnement, lesdits moyens de commande positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties by-pass et aérotherme soient ouvertes et que ladite sortie radiateur soit fermée. [ooio] Selon un quatrième mode de fonctionnement, lesdits moyens de commande positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties radiateur et aérotherme soient ouvertes et ladite sortie de by-pass soit fermée. [0011] Selon un autre mode de mise en oeuvre, la sortie radiateur pouvant être fermée par une vanne à thermostat, la sortie radiateur est complètement ouverte pour une température prédéterminée du fluide caloporteur, la sortie aérotherme étant ouverte et la sortie by-pass restant ouverte lorsque la sortie radiateur s'ouvre. [0012] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de 10 la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • la figure 1 est un schéma d'un boitier de circulation du fluide de refroidissement destiné à expliquer le principe de fonctionnement du boitier, • les figures 2a, 2b, 2c et 2d représentent schématiquement quatre modes de 15 fonctionnement différents d'un boitier de circulation de fluide de refroidissement, et • les figures 3a et 3b illustrent le fonctionnement du boitier de circulation de fluide caloporteur dans le cas de régulation de la température dudit fluide, selon la méthode de l'art antérieur (figure 3a) et selon la présente invention (figure 3b). 20 [0013] Sur les figures 2, le boitier 20 de sortie du fluide de refroidissement du moteur (appelé également ici boitier de circulation du fluide) possède une entrée 21 reliée à la culasse du moteur (non représenté). Le boitier est composé d'un réceptacle 22 muni de trous reliés à des canalisations et formant l'entrée 21 et trois sorties : une sortie de by-pass 23 reliée à une boucle de circulation du fluide de refroidissement 25 connectée entre la sortie 23 et une entrée du fluide dans la culasse du moteur, une sortie aérotherme 24 reliée à une boucle de circulation du fluide contenant un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule et une sortie radiateur 25 reliée à une boucle de circulation du fluide de refroidissement contenant un radiateur. [0014] Le boitier 20 est commercialisé par différents constructeurs. [0015] Les différentes sorties 23, 24 et 25 peuvent être fermées (ou ouvertes) à l'aide de moyens de fermeture/ouverture 26, qui peuvent être constitués par exemple par une tige filetée (vis sans fin) 27 muni à l'une de ses deux extrémités d'un obturateur 28 fermant (ou ouvrant) la sortie 25, l'autre extrémité de la tige 27 étant connectée à un actionneur électrique 29, par exemple un moteur électrique, capable de déplacer la tige longitudinalement, comme indiqué par la flèche 30. Un tiroir 31, solidaire de la tige 27 et donc mobile en translation dans les directions indiquées par la flèche 30, comporte une lumière 32 qui peut être positionnée en regard de la sortie by-pass 23 afin d'ouvrir cette sortie. De la même façon, le déplacement du tiroir 31 permet de fermer ou ouvrir la sortie aérotherme 24. [0016] L'obturateur 28 peut comporter un guide 33 relié à la tige 27. De préférence, l'obturateur 28 est constitué principalement par un joint d'étanchéité 34 et un thermostat 35. Ce dernier peut être un thermostat de sécurité permettant d'ouvrir progressivement la sortie radiateur 25, par exemple à partir d'une température de 105°C, jusqu'à ouvrir complètement la sortie radiateur 25 à une température prédéterminée, par exemple à 112°C, ce qui permet de mieux réguler la température du fluide caloporteur. [0017] Les figures 2b, 2c et 2d représentent le boitier 20 de la figure 2a avec les mêmes éléments, mais selon des modes de mise en oeuvre différents. [0018] La figure 2a illustre un premier mode de fonctionnement pour lequel les trois sorties 23, 24 et 25 sont fermées. Ce mode correspond à la période de chauffage du moteur, donc avec un débit nul du fluide caloporteur. [0019] La figure 2b illustre un deuxième mode de fonctionnement selon lequel les sorties by-pass 23 et radiateur 25 sont fermées et la sortie aérotherme 24 est ouverte. Ce mode peut être utilisé lorsque le moteur n'a pas encore atteint sa température normale de fonctionnement et le moteur est sous faible charge. [0020] La figure 2c illustre un troisième mode de fonctionnement selon lequel les sorties by-pass 23 et aérotherme 24 sont ouvertes et la sortie radiateur 25 est fermée. Ce mode de fonctionnement est intéressant lorsque le moteur n'est pas encore complètement chaud et qu'il est fortement chargé. [0021] La figure 2d illustre un quatrième mode de fonctionnement selon lequel les sorties aérotherme 24 et radiateur 25 sont ouvertes et la sortie by-pass 23 est fermée. Le débit de fluide caloporteur s'effectue alors dans l'aérotherme et le radiateur, ce qui correspond à une phase de régulation de la température du moteur lorsque ce dernier est trop chaud et nécessite un refroidissement. [0022] Le procédé selon l'invention permet de choisir un mode de fonctionnement du boitier 20 en fonction des besoins. [0023] Pour chacun des exemples 1 à 8 suivants, des besoins du moteur et/ou de la boite de vitesses (lorsque cette dernière est automatique) sont exprimés et un mode préféré de fonctionnement du boitier est indiqué (on désignera par mode 1, mode 2, mode 3 et mode 4 le mode de fonctionnement représenté sur les figures respectivement 2a, 2b, 2c et 2d): [0024] Exemple 1 : Assurer un apport de débit de fluide caloporteur compatible avec le besoin en tenue thermique du moteur en régime/charge (stabilité et transitoire) et 15 compatible avec des émissions normalisées : [0025] Pour le besoin tenue moteur : • En dessous d'une certaine température de fluide caloporteur sur une zone régime/charge déterminée, la sortie by-pass 23 doit être fermée (gain en consommation HC/CO en phase de chauffage moteur) ainsi que les sorties 20 aérotherme 24 et radiateur 25 (model) ; • Au dessus d'une certaine température de fluide caloporteur du moteur, la sortie aérotherme 24 doit s'ouvrir (mode 2) ; • L'ouverture des sorties aérotherme 24 et by-pass 23 est demandée selon un besoin associé à une cartographie régime/charge (mode 3). 25 [0026] Exemple 2 (mode 4): Assurer une température de liquide de refroidissement compatible avec le besoin en tenue thermique du moteur en régime/charge stable et transitoire et compatible avec des émissions normalisées : • la consigne d'ouverture de la sortie radiateur 25 est demandée selon un besoin associé à une cartographie régime/charge. La température de régulation doit tenir compte du compromis CO2/NOx cible (réduire la température de régulation permet une réduction des émissions NOx en augmentant la consommation); • le pilotage du ventilateur assurant le refroidissement du fluide caloporteur circulant dans le radiateur doit suivre la contrainte associée à la consigne de régulation; • gérer la régulation de la température du fluide caloporteur afin d'obtenir des oscillations de température proches de celles d'un thermostat en régulation. [0027] Exemple 3 (mode 4): Assurer un débit de fluide caloporteur compatible avec le besoin thermique de la boite de vitesses automatique: • la sortie radiateur 25 (via laquelle est refroidie la boite de vitesses) sera ouverte selon le besoin en refroidissement de la boite de vitesses; 15 • un débit de fluide caloporteur est à assurer dans la boite de vitesses en cas de besoin d'apport de calories depuis le moteur vers la boite. [0028] Exemple 4 (mode 2): Assurer un refroidissement de la branche EGR de recirculation des gaz d'échappement (la branche EGR étant souvent reliée à la 20 branche aérotherme) selon le besoin : • assurer un débit de fluide caloporteur dans l'échangeur EGR dès qu'un débit de gaz le traverse, • assurer un débit de fluide caloporteur dans la vanne EGR dès qu'un besoin existe. [0029] Exemple 5 (mode 4): Assurer un dégazage du moteur compatible avec la tenue à l'accumulation de gaz dans le moteur : 25 • si pendant un intervalle de temps prédéterminé de roulage du véhicule (par exemple 2 heures), la branche radiateur (via laquelle le dégazage sera effectué) ne s'est pas ouverte, alors la sortie radiateur 25 sera ouverte pendant un court instant, par exemple une durée de quelques secondes afin d'assurer une tenue du moteur par ambiances climatiques froides, • dans le cas d'un besoin en dégazage, la branche radiateur sera ouverte, soit en roulage (si la température du fluide caloporteur est proche de la consigne), soit lors du démarrage du moteur. Toutefois cette fonctionnalité doit être dosée en hiver afin de ne pas pénaliser le chauffage de l'habitacle. [0030] Exemple 6 (passage du mode 4 au mode 3 ou inversement du mode 3 au mode 4): Assurer un pilotage de l'actionneur 26 compatible avec la durée de vie des composants du circuit (aérotherme, radiateur, durits, pompe...) : • Afin de respecter la spécification technique du radiateur, il est recommandé de limiter les chocs thermiques (associés à l'ouverture de la branche radiateur), ce qui se traduit par une limitation du nombre d'ouverture de la sortie radiateur 25. Pour ce faire, il est demandé que la température d'eau de régulation de consigne puisse accepter une certaine dérive (négative) avant une fermeture définitive de la sortie radiateur 25. [0031] Exemple 7 (tous les modes, notamment le mode 4): Assurer un pilotage de l'actionneur 26 compatible avec la durée de vie de l'actionneur, en limitant les déplacements de la tige 27: • La durée de vie de l'actionneur semble fortement dépendre de l'appel en courant nécessaire au déplacement de la tige 27 et des moyens de fermeture/ouverture 26, ce qui est fonction des efforts de frottement et de l'énergie nécessaire pour vaincre la pression d'ouverture de la sortie radiateur 25. Pour ce faire, il est demandé que la température de régulation de consigne du fluide caloporteur puisse accepter une certaine dérive (négative) avant une fermeture de la sortie radiateur 25. [0032] Exemple 8 (mode 4): Assurer un fonctionnement compatible avec une régénération du filtre à particules : • en cas de régénération du filtre à particules sur des points régime/charge de fonctionnement du moteur risquant d'entrainer de la dilution de gasoil, la température de régulation doit être montée à sa valeur maximale. [0033] L'exemple suivant concerne le chauffage de l'habitacle : [0034] Exemple 9 (passage du mode 1 au mode 3): Assurer un débit dans la 10 branche aérotherme selon le besoin de chauffage de l'habitacle : • L'ouverture de la sortie by-pass 23 doit s'effectuer selon une contrainte de temps afin de ne pas avoir une dégradation du chauffage habitacle (à cause d'une réduction du débit dans la branche aérotherme, provoquée par l'ouverture de la sortie by-pass 23, et un accroissement du volume de fluide caloporteur à 15 réchauffer) [0035] L'exemple 10 suivant concerne les besoins du service après vente : • Lorsqu'un élément du circuit de refroidissement vient d'être remplacé, un radiateur par exemple, la pratique habituelle est de faire fonctionner le moteur à 20 un régime déterminé et d'attendre que la température du fluide caloporteur atteigne la température pour laquelle le ventilateur se met en marche, ce qui peut être assez long (de l'ordre de 45 minutes par exemple). Ceci a pour but de chasser les bulles d'air éventuellement présentes dans le circuit ce qui permet de remplir le circuit de fluide caloporteur. L'exemple qui suit permet de gagner 25 beaucoup de temps. [0036] Exemple 10 : Assurer un remplissage du circuit optimisé en durée : • Si le mode après vente de remplissage est détecté, on passe en mode 4 : l'ouverture de la sortie radiateur 25 est demandée (les bulles d'air éventuellement présentes passent alors dans le radiateur ce qui constitue un signal pour l'opérateur de remplir le réservoir de fluide caloporteur). L'enclenchement du système de ventilation suit immédiatement l'ouverture de la sortie radiateur. [0037] Les exemples suivants 11 et 12 concernent le contrôle du bruit provoqué par le fonctionnement du boitier 20. [0038] Ex 11 : Limiter les déplacements des moyens de fermeture/ouverture 26 à l'arrêt moteur afin de limiter les impacts acoustiques : • A l'arrêt du moteur, le bruit transmis à l'habitacle doit permettre de respecter un 10 critère acoustique. En conséquence lors de l'arrêt du moteur, la vitesse de déplacement des moyens de fermeture/ouverture 26 doit être ralentie. • Au ralenti moteur, le bruit transmis à l'habitacle doit permettre de respecter un critère acoustique. En conséquence, la vitesse de déplacement maximale des moyens de fermeture/ouverture peut être asservie au régime moteur. [0039] Ex 12 : Limiter les oscillations de la sonde de température d'eau risquant d'inquiéter le conducteur du véhicule : • lors des fluctuations de consignes d'ouverture de la sortie radiateur 25 et lors des ouvertures de cette sortie radiateur pour des besoins autres que le 20 refroidissement du moteur, il est nécessaire que le conducteur n'observe pas d'écart de température au tableau de bord. On limite alors les oscillations de la sonde de température en limitant la vitesse de rotation du moteur électrique 29 commandant les moyens d'ouverture/fermeture 26. [0040] Grace à l'utilisation du thermostat 35, au lieu d'une simple vanne, il est 25 possible de réguler le fonctionnement de l'obturateur radiateur 28 en fonction de la température du fluide caloporteur. Les figures 3 illustrent l'utilisation du boitier 20 pour réguler la température du fluide caloporteur, selon l'art antérieur (figure 3a) et selon la présente invention (figure 3b). 15 [0041] Selon le fonctionnement classique en régulation de température (figure 3a), la sortie by-pass 23 se ferme lorsque la sortie radiateur 25 s'ouvre, la sortie aérotherme 24 étant ouverte. [0042] Selon le nouveau principe de fonctionnement (figure 3b), le thermostat 35 est un thermostat de sécurité qui ouvre complètement la sortie radiateur 25 pour une température prédéterminée du fluide caloporteur (par exemple 105°C). La sortie aérotherme 24 reste ouverte. La sortie by-pass 23 reste ouverte lorsque la sortie radiateur 25 s'ouvre, ce qui limite le débit d'eau dans le radiateur. Le thermostat 35 assure ainsi une fonction de régulation en plus de sa fonction de sécurité. Cette solution permet de réduire les sollicitations des composants 27/29 et 31 et donc d'accroître la durée de vie du systéme. [0043] La commande des moyens de fermeture/ouverture 26 est assurée par le moteur électrique 29, lui-même piloté par un calculateur (non représenté), par exemple le calculateur du contrôle moteur. [0044] Les différentes stratégies qui ont été décrites permettent une meilleure utilisation du boitier 20 de sortie de fluide caloporteur. [0045] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, les moyens de fermeture/ouverture 26 peuvent être composés d'un ensemble de vannes individuelles. REVENDICATIONS1. Procédé d'utilisation du circuit de refroidissement d'un moteur thermique d'un véhicule, un fluide caloporteur circulant dans le circuit qui comporte un boitier (20) muni d'une entrée (21) pour le fluide et au moins trois sorties, une sortie de by-pass (23) par laquelle le fluide peut être dirigé vers l'entrée du circuit de refroidissement du moteur, une sortie aérotherme (24) par laquelle le fluide peut être dirigé vers un aérotherme destiné au chauffage de l'habitacle dudit véhicule et une sortie radiateur (25) par laquelle le fluide peut être dirigé vers un radiateur destiné au refroidissement dudit fluide, ledit boitier (20) comportant des moyens (26) de fermeture/ouverture desdites sorties et des moyens (29) de commande desdits moyens de fermeture/ouverture, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à actionner lesdits moyens (26) de fermeture/ouverture de sorte que ledit boitier puisse fonctionner selon au moins quatre modes différents. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, selon un premier mode de fonctionnement (figure 2a), lesdits moyens de commande (29) positionnent lesdits moyens (26) de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties de by-pass (23), aérotherme (24) et radiateur (25) soient fermées. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, en dessous d'une certaine température de fluide caloporteur sur une zone régime/charge déterminée, la sortie by-pass (23) doit être fermée ainsi que les sorties aérotherme (24) et radiateur (25), ce qui permet d'obtenir un gain en consommation HC/CO en phase de chauffage du moteur. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, selon un deuxième mode de fonctionnement (figure 2b), lesdits moyens de commande (29) positionnent lesdits moyens (26) de fermeture/ouverture de sorte que lesdites sorties de by-pass (23) et radiateur (25) soient fermées et que ladite sortie aérotherme (24) soit ouverte. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, selon un troisième mode de fonctionnement (figure 2c), lesdits moyens de commande (29) positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture (26) de sorte que lesdites sorties by-pass (23) et aérotherme (24) soient ouvertes et que ladite sortie radiateur (25) soit fermée. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'ouverture des sorties aérotherme (24) et by-pass (23) est commandée en fonction d'un besoin du moteur associé à une cartographie régime/charge. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, selon un quatrième mode de fonctionnement (figure 2d), lesdits moyens de commande (29) positionnent lesdits moyens de fermeture/ouverture (26) de sorte que lesdites sorties radiateur (25) et aérotherme (24) soient ouvertes et ladite sortie de by-pass (23) soit fermée. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que, afin d'assurer une température du liquide caloporteur compatible avec le besoin en tenue thermique du moteur et avec des émissions polluantes normalisées, une consigne d'ouverture de la sortie radiateur (25) est demandée selon un besoin associé à une cartographie régime/charge. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 à 8 caractérisé en ce que, le véhicule étant muni d'une boite de vitesses automatique, la sortie radiateur (25) s'ouvre selon le besoin en refroidissement de la boite de vitesses. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que, afin d'assurer un dégazage du moteur, la sortie radiateur (25) s'ouvre pendant un court instant si un dégazage n'a pas été effectué pendant un intervalle de temps prédéterminé de roulage du véhicule.