Brevet FR3002281A1 — publié le 20140822

CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT PILOTE POUR MOTEUR THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE ET MOTEUR THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE CORRESPONDANT [0001] L'invention porte sur un circuit de refroidissement piloté pour moteur thermique de véhicule automobile ainsi que sur le moteur thermique de véhicule correspondant. [0002] Un moteur thermique comporte de façon connue en soi un circuit de refroidissement pour évacuer la chaleur produite par son fonctionnement. Plus précisément, le moteur comporte des tubulures ménagées dans sa culasse destinées à être parcourues par du liquide de refroidissement. Une pompe de refoulement située en amont du moteur assure la circulation du liquide de refroidissement dans les tubulures du moteur et le liquide de refroidissement ainsi réchauffé est ensuite récupéré dans un boîtier de sortie de liquide de refroidissement. [0003] Le boîtier de sortie comprend une canalisation de sortie pour transporter le liquide de refroidissement vers un radiateur dont la fonction est de refroidir ce liquide. A cet effet, le boîtier de sortie est muni d'une vanne thermostatique en sorte que lorsque la température du liquide de refroidissement est suffisante, la vanne thermostatique s'ouvre pour permettre l'écoulement dans la canalisation vers le radiateur. Le liquide de refroidissement ainsi refroidi est ensuite acheminé au moyen d'une canalisation du radiateur vers l'entrée d'un boîtier de dégazage. [0004] Le boîtier de dégazage permet de retirer des bulles de gaz présentes dans le liquide de refroidissement. Des bulles de gaz apparaissent dans le liquide de refroidissement notamment lors d'un défaut de remplissage ou lors d'un dysfonctionnement du moteur. Le liquide de refroidissement dégazé est ensuite acheminé au moyen d'une canalisation vers un collecteur d'entrée de liquide de refroidissement relié à une entrée de la pompe de refoulement. Ce collecteur d'entrée raccorde par ailleurs une sortie du boîtier de sortie à une entrée de la pompe de refoulement. Cette connexion court-circuite ainsi le radiateur. [0005] Le boîtier de sortie comporte également une canalisation de sortie de liquide de refroidissement destinée à alimenter un aérotherme en liquide de refroidissement dont la fonction est de générer du chauffage dans l'habitacle du véhicule automobile. Le liquide de refroidissement récupéré à la sortie de l'aérotherme est ramené dans la pompe de refoulement via le collecteur d'entrée. [0006] Il a été observé que la majorité (près de 90 pourcents) des émissions de polluants ont lieu dans les premières secondes de démarrage du moteur encore froid. Dans un contexte de la réduction des émissions de particules polluantes, il est donc nécessaire que la montée en température dans les chambres de combustion (carter-cylindres et culasse) soit rapide malgré la présence du circuit de refroidissement. [0007] L'invention vise à répondre à ce besoin en proposant un circuit de refroidissement d'un moteur thermique comportant une pompe de refoulement située en amont du moteur thermique apte à assurer une circulation d'un liquide de refroidissement dans des tubulures ménagées dans une culasse du moteur thermique en sorte que le liquide de refroidissement est récupéré dans un boîtier de sortie de liquide de refroidissement, un collecteur d'entrée de liquide de refroidissement relié à une entrée de la pompe de refoulement collectant notamment du liquide de refroidissement issu du boîtier de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne thermostatique implantée dans le collecteur d'entrée en amont de la pompe de refoulement, cette vanne thermostatique étant apte à bloquer un écoulement du liquide de refroidissement dans le collecteur d'entrée tant que la température du liquide de refroidissement est inférieure à une température seuil. [0008] Ainsi, l'absence de circulation du liquide de refroidissement dans le collecteur d'entrée froid permet d'accélérer la vitesse de montée en température jusqu'à ce que le moteur atteigne rapidement une température de rendement optimal en termes d'émissions de particules polluantes. En réduisant la durée pendant laquelle le moteur fonctionne à une température inférieure à cette température optimale, l'invention permet ainsi de réduire grandement les émissions de polluants du moteur. [0009] Selon une réalisation, la vanne thermostatique est apte à libérer l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la température du liquide de refroidissement devient supérieure à la température seuil. Ainsi, l'ouverture de la vanne permet de maintenir la température de rendement optimal par la circulation du liquide de refroidissement qui évacue une partie de la chaleur excessive générée par le moteur. [0010] Selon une réalisation, la température seuil est de l'ordre de 70 degrés Celsius. [0011] Selon une réalisation, afin de faciliter l'implantation de la vanne thermostatique à 30 l'intérieur du collecteur d'entrée, ce dernier est réalisé en deux parties assemblées entre elles. [0012] Selon une réalisation, les deux parties du collecteur d'entrée sont assemblées entre elles par soudage. [0013] Selon une réalisation, la vanne thermostatique présente une course variable de manière à pouvoir faire varier un débit du liquide de refroidissement à l'intérieur du collecteur d'entrée. [0014] Selon une réalisation, le circuit de refroidissement comporte des moyens de commande de la vanne thermostatique intégrant une cartographie de pilotage établissant une correspondance entre la course de la vanne thermostatique et une température du liquide de refroidissement. [0015] Selon une réalisation, la vanne thermostatique comporte un piston muni d'une membrane sollicitée par un ressort contre un siège d'étanchéité ménagé dans une périphérie interne du collecteur d'entrée pour bloquer l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la vanne thermostatique n'est pas alimentée électriquement, ce piston étant apte à se déplacer de manière à comprimer le ressort et à écarter la membrane par rapport au siège d'étanchéité pour libérer l'écoulement du fluide à l'intérieur du collecteur d'entrée lorsque la vanne thermostatique est alimentée électriquement. [0016] L'invention a également pour objet un moteur thermique de véhicule automobile muni d'un circuit de refroidissement selon l'invention. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0018] La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de refroidissement piloté selon l'invention. [0019] La figure 2 montre une vue de côté d'une des parties d'un collecteur d'entrée de liquide de refroidissement utilisé avec le circuit de refroidissement selon l'invention à l'intérieur duquel est implantée une vanne thermostatique. [0020] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0021] La figure 1 montre un moteur thermique 1 selon l'invention comportant un circuit 2 de refroidissement pour évacuer la chaleur produite lors de son fonctionnement. [0022] Plus précisément, le moteur 1 comporte des tubulures 3 ménagées dans sa culasse destinées à être parcourues par du liquide de refroidissement. Une pompe de refoulement 5 située en amont du moteur 1 contribue à faire circuler le liquide de refroidissement dans les tubulures 3. Le liquide de refroidissement ainsi réchauffé est ensuite récupéré dans un boîtier 8 de sortie du liquide de refroidissement ou boîtier de sortie. Ce liquide de refroidissement pourra par exemple être à base d'eau contenant des additifs ayant des propriétés antigel. [0023] Ce boîtier de sortie 8 comprend une sortie 81 reliée, via une conduite 10, à une entrée d'un radiateur 11 dont la fonction est de refroidir le liquide de refroidissement. Une vanne thermostatique 13 est disposée sur cette sortie 81 du boîtier de sortie 8 pour obturer de manière sélective l'écoulement du liquide de refroidissement dans la conduite 10. Le radiateur 11 est destiné à évacuer les calories du liquide de refroidissement le traversant par échange thermique avec de l'air frais prélevé à l'extérieur du véhicule. [0024] De manière connue, cette vanne thermostatique 13 s'ouvre à une température seuil Il comprise entre 70 et 90 degrés Celsius pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement vers le radiateur 11. [0025] Le liquide de refroidissement ainsi refroidi issu du radiateur 11 est ensuite acheminé via une canalisation 14 vers une entrée d'un boîtier de dégazage 18. Ce boîtier de dégazage 18 permet de retirer des bulles de gaz présentes dans le liquide de refroidissement. Des bulles de gaz apparaissent dans le liquide de refroidissement notamment lors d'un défaut de remplissage ou lors d'un dysfonctionnement du moteur. [0026] Le liquide de refroidissement dégazé est ensuite acheminé au moyen d'une conduite 19 vers une entrée 211 d'un collecteur d'entrée 21 de liquide de refroidissement relié à une entrée de la pompe de refoulement 5. Ainsi, lorsque la vanne 13 est ouverte, le liquide de refroidissement peut s'écouler du boîtier de sortie 8 dans le radiateur 11 puis du radiateur 11 vers le boîtier de dégazage 18, puis vers la pompe de refoulement 5 via le collecteur d'entrée 21. [0027] Le collecteur d'entrée 21 raccorde une sortie 82 du boîtier de sortie 8 à l'entrée de 25 la pompe de refoulement 5 via son entrée 212. Cette connexion court-circuite le radiateur 11. [0028] Une conduite 24 raccorde une sortie 83 du boitier de sortie 8 à un aérotherme 27 dont la fonction est de générer du chauffage dans l'habitacle du véhicule automobile. Le liquide de refroidissement récupéré à la sortie de l'aérotherme 27 est ramené dans la 30 pompe de refoulement 5 par l'intermédiaire d'une conduite 25 branchée à une entrée 213 du collecteur d'entrée 21. Sur cette conduite 25 est installé un dispositif de purge 29. [0029] Une sortie 84 du boîtier 8 est reliée à une entrée du boîtier de dégazage 18 via une conduite 28 afin de pouvoir réaliser le dégazage du liquide de refroidissement lorsque la vanne thermostatique 13 est fermée. [0030] En outre, une vanne thermostatique 31 est implantée dans le collecteur d'entrée 21 en amont de la pompe de refoulement 5. Cette vanne thermostatique 31 est positionnée en l'occurrence en amont de l'entrée 211 du collecteur d'entrée 21 reliée à la sortie du boîtier de dégazage 18 et en aval des entrées 212, 213 du collecteur d'entrée 21 reliées respectivement à la sortie 82 du boitier de sortie 8 et à une sortie de l'aérotherme 27. Il est clair que les termes "amont" et "aval" précités s'entendent par rapport à un sens de l'écoulement du liquide de refroidissement à l'intérieur du circuit de refroidissement 2 représenté par des flèches non référencées. [0031] Cette vanne thermostatique 31 bloque un écoulement du liquide de refroidissement dans le collecteur d'entrée 21 tant que la température du liquide de refroidissement est inférieure à une température seuil 12 correspondant à une température de rendement optimal du moteur thermique en termes d'émissions de particules polluantes. Cette température seuil 12 est par exemple de l'ordre de 70 degrés. Cette vanne thermostatique 31 libère l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la température du liquide de refroidissement devient supérieure à cette température seuil 12. [0032] A cet effet, comme cela est visible sur la figure 2, la vanne thermostatique 31 comporte un piston 40 muni d'une membrane 41 sollicitée par un ressort 42 contre un siège d'étanchéité 44 ménagé dans une périphérie interne du collecteur d'entrée 21 pour bloquer l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la vanne 31 n'est pas alimentée électriquement. Cette position fermée de la vanne 31 est prise au moment du démarrage à froid du moteur tant que la température seuil 12 n'est pas atteinte mais aussi lorsque le moteur est à l'arrêt. On note que lors du démarrage à froid, la pompe de refoulement 5 reste tournante alors que la vanne thermostatique 31 est fermée. [0033] Lorsque la vanne 31 est alimentée électriquement, c'est-à-dire lorsque la température seuil 12 est atteinte, le piston 40 se déplace de manière à comprimer le ressort 42 et à écarter la membrane 41 par rapport au siège d'étanchéité 44 pour libérer l'écoulement du fluide à l'intérieur du collecteur d'entrée 21. [0034] La vanne thermostatique 31 présente de préférence une course variable de manière à pouvoir présenter plusieurs positions d'écartement par rapport au siège d'étanchéité 44. Il est ainsi possible de faire varier le débit du liquide de refroidissement à l'intérieur du collecteur d'entrée 21. [0035] Des moyens de commande 48 de la vanne thermostatique assurent une régulation du débit du liquide de refroidissement en fonction de situations de vie du véhicule. A cet effet, les moyens de commande 48 intègrent une cartographie Cl de pilotage établissant notamment une correspondance entre la course de la vanne 31 et la température du liquide de refroidissement. [0036] De préférence, le collecteur d'entrée 21 est réalisé en deux parties séparées entre elles suivant un plan d'orientation longitudinale pour faciliter l'implantation de la vanne thermostatique 31 à l'intérieur dudit collecteur d'entrée 21. Ces deux parties sont assemblées l'une avec l'autre de préférence par soudage. Toutefois, tout autre moyen d'assemblage par vissage, collage, ou autre est envisageable. Cela dépend de l'application. [0037] Bien entendu, l'homme du métier pourra apporter des modifications au circuit de refroidissement 2 précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, il sera possible d'adapter la température seuil T2 correspondant au rendement optimal du moteur en fonction du type de moteur. On pourra également envisager de remplacer la vanne thermostatique 31 activée électriquement par une vanne réalisée à base d'un matériau dont la dilatation thermique modifie l'état de la vanne disposée dans le collecteur d'entrée 21. REVENDICATIONS1. Circuit de refroidissement (2) d'un moteur thermique comportant une pompe de refoulement (5) située en amont du moteur thermique apte à assurer une circulation d'un liquide de refroidissement dans des tubulures (3) ménagées dans une culasse du moteur thermique en sorte que le liquide de refroidissement est récupéré dans un boîtier de sortie (8) de liquide de refroidissement, un collecteur d'entrée (21) de liquide de refroidissement relié à une entrée de la pompe de refoulement (5) collectant notamment du liquide de refroidissement issu du boîtier de sortie (8), caractérisé en ce qu'il comporte une vanne thermostatique (31) implantée dans le collecteur d'entrée (21) en amont de la pompe de refoulement (5), cette vanne thermostatique (31) étant apte à bloquer un écoulement du liquide de refroidissement dans le collecteur d'entrée (21) tant que la température du liquide de refroidissement est inférieure à une température seuil (12). 2. Circuit de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (31) est apte à libérer l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la température du liquide de refroidissement devient supérieure à la température seuil (12). 3. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température seuil (12) est de l'ordre de 70 degrés Celsius. 4. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le collecteur d'entrée (21) est réalisé en deux parties assemblées entre elles. 5. Circuit de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux parties du collecteur d'entrée (21) sont assemblées entre elles par soudage. 6. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (31) présente une course variable de manière à pouvoir faire varier un débit du liquide de refroidissement à l'intérieur du collecteur d'entrée (21). 7. Circuit de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (48) de la vanne thermostatique intégrant une cartographie de pilotage (Cl) établissant une correspondance entre la course de la vanne thermostatique (31) et une température du liquide de refroidissement. 8. Circuit de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vanne thermostatique (31) comporte un piston (40) muni d'une membrane (41)sollicitée par un ressort (42) contre un siège d'étanchéité (44) ménagé dans une périphérie interne du collecteur d'entrée (21) pour bloquer l'écoulement du liquide de refroidissement lorsque la vanne thermostatique (31) n'est pas alimentée électriquement, ce piston (40) étant apte à se déplacer de manière à comprimer le ressort (42) et à écarter la membrane (41) par rapport au siège d'étanchéité (44) pour libérer l'écoulement du fluide à l'intérieur du collecteur d'entrée (21) lorsque la vanne thermostatique (31) est alimentée électriquement. 9. Moteur thermique de véhicule automobile muni d'un circuit de refroidissement (2) selon l'une des revendications précédentes.10