Brevet FR2938304A1 — publié le 20100514

RESERVOIR DE STOCKAGE D'UN LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT POUR MOTEUR À COMBUSTION INTERNE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement pour un moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile et plus particulièrement à être intégré dans un dispositif de refroidissement par liquide pour moteur à combustion interne io pour permettre une montée rapide en température du moteur au démarrage à froid et accélérer ainsi le réchauffement des parois des chambres de combustion. ETAT DE LA TECHNIQUE 15 Il est connu de favoriser au démarrage le réchauffement d'un moteur à combustion interne à refroidissement par liquide de manière à réduire la période de fonctionnement à froid pendant laquelle la consommation en carburant et les émissions de polluants sont très élevées. En effet, tant que la température d'eau du moteur n'a pas atteint une 20 valeur suffisante de l'ordre de 90°C, le carburant injecté tend à se condenser sur les parois des chambres de combustion et l'huile pas encore assez fluide ne permet pas de réduire significativement les frottements de l'équipage mobile. L'utilisation de l'eau chaude stockée dans un réservoir isolé 25 thermiquement permet de réduire la consommation et les émissions polluant d'une façon notable. Il existe deux concepts pour stocker de l'eau de refroidissement de moteur. Un premier concept dit � avec vidange � vide partiellement le circuit 30 de refroidissement lors de l'arrêt du moteur, le moteur est suite à l'arrêt, chaud et stocke le liquide chaud dans un réservoir équipé d'une membrane ou dans un réservoir de type � soufflet � afin d'éviter une pompe électrique pour la vidange et le remplissage du circuit de refroidissement du moteur. Un second concept dit � sans vidange � ne vide pas le circuit de refroidissement, lors de l'arrêt moteur chaud. L'eau chaude du circuit principal est en effet aspirée par une pompe et envoyée vers le réservoir, et l'eau froide contenue initialement dans le réservoir est poussée par l'eau chaude et entre dans le circuit principal. Lors du démarrage à froid, l'eau chaude contenue dans le réservoir est expulsée du réservoir par la poussée io de l'eau froide venant du circuit principal. Ce second concept est plus simple à mettre en oeuvre mais est moins efficace que le premier du fait que a) dans le réservoir la poussée du liquide chaud par le liquide froid crée inévitablement un mélange entre ces deux fluides à température 15 différente ; b) ce même mélange existe aussi dans le moteur où le liquide froid est poussé par le liquide chaud, ce qui nuit à l'efficacité du système. PRESENTATION DE L'INVENTION 20 L'invention concerne un circuit de refroidissement du type sans vidange ne présentant pas les inconvénients des circuits de type connu. Les inconvénients des circuits de type connu sont surmontés grâce à un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement pour moteur à combustion interne selon un premier aspect de l'invention. 25 Le réservoir de stockage comprend : un réservoir rigide calorifugé ; une vessie déformable ; une cavité formée par l'intérieur de la vessie ; et une cavité formée entre la vessie et le réservoir rigide ; une pluralité d'orifices de connexion destinée à être connectée à un circuit auxiliaire d'un dispositif de refroidissement par liquide pour moteur à combustion interne 30 comportant un circuit principal comprenant la chambre d'eau du moteur, ledit circuit auxiliaire étant relié au circuit principal, le réservoir de stockage étant connecté au dispositif de refroidissement. Le réservoir de stockage, permet, en fonctionnement au sein d'un dispositif de refroidissement, une manière particulièrement simple et efficace d'accélérer le réchauffement des moteurs à combustion interne à refroidissement par liquide et plus précisément d'accélérer le réchauffement des parois des chambres de combustion ainsi que du lubrifiant de façon à réduire la consommation en carburant et les émissions de polluants. Le réservoir de stockage selon l'invention sert de moyens de stockage io calorifugés et est notamment équipé des moyens de séparation du liquide chaud du liquide froid pendant le transfert du liquide entre le réservoir et le circuit principal, ces moyens de séparation sont formées par une vessie déformable. Selon un second aspect, l'invention concerne un dispositif de 15 refroidissement par liquide pour moteur à combustion interne. Le dispositif de refroidissement selon l'invention comporte un circuit principal comprenant la chambre d'eau du moteur ; un circuit auxiliaire relié au circuit principal, ledit circuit auxiliaire comprenant un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement pour moteur à combustion interne 20 selon le premier aspect de l'invention. Le dispositif selon le second aspect de l'invention comprend en outre : des moyens de pompage pilotés par des moyens de commande pour transférer : - à l'arrêt du moteur, le liquide de refroidissement du circuit principal 25 vers le réservoir de stockage et du réservoir de stockage vers le circuit principal ; - avant le démarrage du moteur le liquide de refroidissement du circuit principal vers le réservoir de stockage et du réservoir de stockage vers le circuit principal de manière à accélérer le réchauffement du moteur au cours 30 du démarrage. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention ; - la figure 2 illustre un second mode de réalisation d'un dispositif de refroidissement selon l'invention ; io - les figures 3 et 4 illustrent des réservoirs de stockage selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On comprendra dans la suite de la description qu'un liquide de 15 refroidissement est dit � froid � quand il est à température ambiante et qu'il est � chaud � quand il atteint une température de l'ordre de 90°C. Ainsi, après un démarrage à froid où le moteur est à la température ambiante, le moteur est dit � chaud � quand le liquide l'est. Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif de refroidissement qui 20 comporte un circuit principal 30 comprenant la chambre d'eau 31 du moteur et un circuit auxiliaire 20 comprenant des moyens de stockage calorifugés 10, des moyens de pompage 21, 22, 23 pilotés par des moyens de commande 40. Le circuit principal 30 est un circuit de refroidissement classique qui 25 comprend en outre une pompe mécanique 36, un radiateur 34, un vase d'expansion 35 un thermostat 33 et un radiateur de chauffage 32. Les moyens de stockage calorifugés 10 sont formés par un boîtier calorifugé 14 présentant une cavité intérieure dans laquelle est disposée une vessie déformable 11 formant un réservoir à volume variable. Le circuit auxiliaire 20 comprend en plus des moyens de stockage 10 une vanne d'isolation 23, les pompes électriques 21, 22, les conduites 25 et 26. Les moyens de commande 40 visent à permettre la circulation du liquide du circuit auxiliaire 20 vers le circuit principal 30 et vice versa. Le liquide est, par exemple, du type d'un mélange d'eau avec un antigel et des additifs anticorrosion. Dans le moteur, la circulation du liquide de refroidissement est diagonale : le liquide entre en bas du moteur et sort par le haut du côté io opposé à l'entrée. Au démarrage du moteur, un liquide chaud stocké dans la membrane 11 est transféré vers le circuit principal 30 pour le chauffage du moteur par l'intermédiaire de la pompe électrique 22. Le liquide froid, qui ù comme on l'aura compris ù est dans le circuit principal, est transféré vers les moyens 15 de stockage 11 par l'aspiration de la même pompe 22 car la membrane est souple et elle transmet la dépression crée par la pompe. Au cours du transfert, le liquide chaud contenu dans le réservoir ne se mélange pas avec le liquide froid venu du circuit principal puisqu'ils se sont séparé physiquement par la membrane. 20 Une fois la vessie 11 vidée du liquide chaud, la vanne 23 permettant l'isolation des moyens de stockage du circuit principal est fermée pour isoler le liquide froid du reste du dispositif afin de ne pas pénaliser la montée en température du moteur. Lorsque le véhicule vient à l'arrêt, c'est l'opération inverse qui 25 s'opère. La pompe 21 aspire le liquide chaud pour le transférer du circuit principal 30 vers l'espace enfermée par la membrane. Au cours de cette opération, la vanne est, bien entendu, ouverte puis fermée une fois le transfert effectué. Comme on l'aura compris, le circuit principal n'est jamais vidangé ; ce qui évite d'avoir de l'air dans ce dernier. L'avantage principal de la présence de la membrane à l'intérieur du réservoir est la séparation physique du liquide chaud contenu initialement dans le réservoir du liquide froid venant du circuit principal lors d'un démarrage à froid du moteur. Ceci permet d'éviter le mélange du liquide chaud avec le liquide froid et vice versa et par là-même la perte de calories du liquide stocké dans le réservoir lors de son transfert vers le moteur. io On note qu'avec une solution ù telle que connue ùsans membrane, le mélange entre le fluide chaud et le fluide froid est inévitable dans le réservoir de stockage. Ce mélange réduit d'une façon notable la température du liquide chaud et donc l'efficacité d'un tel système de stockage. En variante, comme représenté sur la figure 2, si le véhicule est déjà 15 équipé d'une pompe électrique 36 assurant la circulation d'eau dans le circuit principal, cette pompe peut être commandée par le système de commande 40 après l'arrêt du moteur et envoyer le liquide chaud vers le réservoir en ouvrant la vanne 23. Le liquide chaud sort du moteur 31 et entre dans l'espace 17 formé 20 par la membrane 11 en passant successivement par la conduite 26, la vanne 23, et l'ouverture 15, tandis que le liquide froid stocké initialement dans le volume 18 formé entre la membrane 11 et la paroi interne du réservoir 14 est poussé par la membrane. Ainsi, il sort du réservoir et entre dans le circuit principal en passant par l'ouverture 16 et la conduite 25. 25 Les figures 3 et 4 illustrent deux types de réservoirs de stockage. Comme on l'a déjà mentionné, dans un réservoir adiabatique 14, on dispose une vessie déformable 11 connectée au circuit principal par le haut du moteur 31. La chambre formée entre la paroi interne du réservoir 14 et la vessie 11 est reliée au circuit principal par la conduite 25. Il existe deux 30 ouvertures 15 et 16 en bas du réservoir adiabatique, la vessie 11 est fixée sur l'ouverture 15, tandis que la chambre formée entre la paroi interne du réservoir 14 et la vessie 11 est connectée à l'ouverture 16. Il est à noter que l'on peut indifféremment stocker le liquide chaud dans la chambre ou dans la vessie déformable. Avec une vessie de paroi imperméable, à la fin du transfert du liquide chaud vers le moteur, il peut exister un résidu du liquide chaud dans le circuit auxiliaire (conduite 26, les pompes 21, 22 ou 24). Pour que ce résidu de liquide chaud soit transféré complètement vers le circuit principal, la figure 4 illustre une variante des moyens de stockage io de la figure 3. Les moyens de stockage sur cette figure comprennent en plus des micro-ouvertures 12 ménagées sur la vessie 11. Cette vessie avec des micro-ouvertures peut être aussi une membrane souple de matière quelconque mais à très faible perméabilité. 15 C'est-à-dire que le liquide ne peut traverser la paroi de la vessie que lorsque la différence de pression de part et d'autre de cette paroi est supérieure à environ 0,1 bar. Cette membrane a la fonction non seulement de séparer le liquide chaud du liquide froid pendant leur transfert du réservoir de stockage vers le 20 moteur ou vice versa, mais aussi de laisser passer une petite quantité du liquide chaud ou du liquide froid à la fin de leur transfert par l'effet de pression du liquide crée par la pompe électrique. Cette petite quantité du liquide traversant la membrane pousse le résidu du liquide chaud du circuit axillaire vers le circuit principal. 25 Ce qui permet d'utiliser la totalité du liquide chaud stocké pour le chauffage du circuit principal. La fin de transfert est caractérisée soit par un volume maximum de la vessie et un remplissage complet de l'eau chaude, soit par un dégonflement complet et à son volume minimum. REVENDICATIONS1. Réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement pour moteur à combustion interne comprenant - un réservoir rigide calorifugé (14) ; - une vessie déformable (11) ; - une cavité formée par l'intérieur de la vessie (17) ; et - une cavité (18) formée entre la vessie (11) et le réservoir rigide (14) ; io - une pluralité d'orifices de connexion (15 et 16) destinée à être connectée à un circuit auxiliaire (20) d'un dispositif de refroidissement par liquide pour moteur à combustion interne comportant un circuit principal (30) comprenant la chambre d'eau du moteur (M), ledit circuit auxiliaire (20) étant relié au circuit principal (30), le réservoir de 15 stockage étant connecté au dispositif de refroidissement. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de la vessie est souple. 20 3. Réservoir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la vessie est imperméable. 4. Réservoir selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la paroi de la vessie est faiblement perméable, le liquide ne pouvant 25 traverser la paroi que si une différence de pression de part et d'autre de la paroi est supérieure à environ 0,1 bars. 5. Réservoir selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la vessie comprend une pluralité d'ouvertures (12, 12', 30 12") ménagées sur la vessie déformable (11). 6. Dispositif de refroidissement par liquide pour moteur à combustion interne comportant - un circuit principal (30) comprenant la chambre d'eau (31) du moteur (M) ; - un circuit auxiliaire (20) relié au circuit principal (30), ledit circuit auxiliaire comprenant un réservoir de stockage d'un liquide de refroidissement pour moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 5, des moyens de pompage (21, 22, 23) pilotés io par des moyens de commande (40) pour transférer : - à l'arrêt du moteur, le liquide de refroidissement du circuit principal (30) vers le réservoir de stockage (10) et du réservoir de stockage (10) vers le circuit principal (30) ; - avant le démarrage du moteur, le liquide de refroidissement 15 du circuit principal (30) vers le réservoir de stockage (10) et du réservoir de stockage vers le circuit principal (30) de manière à accélérer le réchauffement du moteur au cours du démarrage. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que 20 les moyens de pompage (21, 22) du circuit auxiliaire sont composés d'une première pompe électrique (21) destinée à faire circuler le liquide du réservoir de stockage vers le circuit principal et d'une seconde pompe électrique (22) destinée à faire circuler le liquide du circuit principal vers le réservoir de stockage. 25 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de pompage (21, 22) du circuit auxiliaire sont composés d'une pompe électrique (24) destinée à faire circuler le liquide du réservoir de stockage vers le circuit principal et d'une seconde pompe électrique (36)destinée à faire circuler le liquide dans le circuit principal, et également du circuit principal (30) vers le réservoir de stockage (10). 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que 5 le réservoir de stockage comprend une vanne (23) destinée à isoler le réservoir de stockage (10) du circuit principal (30). i0