Brevet FR3033616A1 — publié le 20160916

VANNE D'ADAPTATION DU DEBIT MOTEUR [0001] La présente invention porte principalement sur une vanne d'adaptation du débit moteur. [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 son carter et 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. [0003] La sortie de liquide du moteur est reliée à un boîtier de sortie comportant notamment une vanne telle que décrit dans le document FR2955168 et un dispositif de mesure de température correspondant. La vanne est en relation avec un radiateur dont la fonction est de refroidir le liquide de refroidissement. Le radiateur comporte une sortie connectée à une entrée de la pompe de refoulement via un collecteur d'entrée de liquide et une autre sortie connectée à 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 de manière ponctuelle lorsque le moteur est chaud ou 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 le collecteur d'entrée de liquide de refroidissement. [0005] Ce collecteur d'entrée raccorde par ailleurs une sortie de la vanne à une entrée de la pompe de refoulement, via un conduit de court-circuit qui permet de court-circuiter le radiateur. [0006] La vanne 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. 3033616 2 [0007] Les vannes de l'état de l'art permettent de contrôler le débit du liquide de refroidissement lorsque la branche du radiateur est fermée. Toutefois, comme cela est représenté sur la figure 1 sur laquelle les abréviations Qmot, Qaéro, Qcc, Qrad, correspondent respectivement au débit du moteur, débit de l'aérotherme, débit dans le 5 conduit de court-circuit et au débit dans le radiateur, lorsque la branche du radiateur s'ouvre, le débit circulant dans le moteur est maximum. Une telle configuration ne permet donc pas d'atteindre des températures de refroidissement optimum du moteur. [0008] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une vanne pour circuit de refroidissement de moteur thermique 10 de véhicule automobile comportant: - au moins un orifice d'entrée destiné à être connecté sur une sortie de liquide de refroidissement dudit moteur thermique, - au moins trois orifices de sortie destinés à être en communication respectivement avec un premier échangeur thermique, tel qu'un radiateur, un deuxième échangeur thermique 15 tel qu'un aérotherme, et un conduit de court-circuit, et - des éléments d'obturation actionnés par des moyens de commande pour ouvrir ou fermer sélectivement un orifice de sortie associé, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont configurés pour autoriser au moins deux positions d'ouvertures différentes des éléments d'obturation associés audit 20 premier échangeur thermique et audit conduit de court-circuit, de manière à obtenir au moins deux débits de circulation de liquide de refroidissement différents dans ledit moteur thermique notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement dans une branche du premier échangeur thermique (le radiateur). [0009] L'invention permet ainsi de modifier le débit et la température du moteur en phase 25 de régulation lorsque la branche du radiateur est ouverte. La maîtrise du débit moteur permet de limiter le couple hydraulique de la pompe de refoulement et de garder une température de la paroi de la chambre de combustion élevée pour limiter les frottements entre les segments du piston et le cylindre et améliorer le rendement de combustion. [0010] Selon une réalisation, le débit de circulation de liquide de refroidissement est apte 30 à être sélectionné en fonction d'une loi de commande. [0011] Selon une réalisation, ladite loi de commande est basée sur une température de liquide de refroidissement dans les échangeurs et/ou une température extérieur et/ou une température d'huile et/ou une température matière du moteur thermique estimée ou 3033616 3 mesurée. On entend par "température matière" la température d'une des pièces du moteur, par exemple la culasse ou le carter. [0012] Selon une réalisation, lorsque la ou les températures sont inférieures à un ou plusieurs seuils, lesdits moyens de commande sont configurés pour autoriser un faible 5 débit de circulation dans ledit moteur thermique notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement dans une branche comportant le premier échangeur thermique. [0013] Selon une réalisation, lorsque la ou les températures dépassent un ou plusieurs seuils, lesdits moyens de commande sont configurés pour autoriser un fort débit de circulation dans ledit moteur thermique notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide 10 de refroidissement dans une branche comportant le premier échangeur thermique. [0014] Selon une réalisation, les seuils dépendent d'une charge et/ou d'un régime dudit moteur thermique. [0015] Selon une réalisation, lesdits moyens de commande sont constitués par au moins au moins trois profils de cames associés chacun à un des éléments d'obturation. 15 [0016] Selon une réalisation, lesdits trois profils de came appartiennent à une came unique. [0017] Selon une réalisation, lesdits moyens de commande sont actionnés par un actionneur unique. [0018] L'invention a également pour objet un circuit de refroidissement de moteur 20 thermique de véhicule automobile comportant une vanne telle que précédemment définie. [0019] L'invention porte également sur un procédé de commande d'une vanne pour circuit de refroidissement de moteur thermique de véhicule automobile telle que précédemment définie, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de sélection d'un position parmi au moins deux positions d'ouvertures différentes des 25 éléments d'obturation associés audit premier échangeur thermique et audit conduit de court-circuit, de manière à obtenir un débit parmi au moins deux débits de circulation de liquide de refroidissement différents dans ledit moteur thermique notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement dans une branche contenant ledit premier échangeur thermique. 3033616 4 [0020] 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. [0021] La figure 1, déjà décrite, est un diagramme représentant les débits parcourant les 5 différents éléments du circuit de refroidissement en fonction de l'angle de la came de la vanne selon l'état de la technique pour un régime moteur de l'ordre de 3000 tours par minute; [0022] La figure 2 est une représentation schématique fonctionnelle d'un circuit de refroidissement muni d'une vanne selon la présente invention; 10 [0023] Les figures 3a à 3e sont des représentations schématiques des différentes positions d'une vanne selon la présente invention lors des différentes phases de fonctionnement du circuit de refroidissement; [0024] La figure 4 est un diagramme représentant les débits parcourant les différents éléments du circuit de refroidissement en fonction de l'angle de la came de la vanne selon 15 la présente invention pour un régime moteur de l'ordre de 3000 tours par minute. [0025] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0026] La figure 1 montre un schéma fonctionnel d'un circuit de refroidissement 10 comportant une pompe de refoulement 11 située en amont du moteur thermique 12 qui 20 assure la circulation d'un liquide de refroidissement, tel qu'un mélange d'eau et d'antigel, dans les tubulures du moteur 12. [0027] La sortie de liquide du moteur thermique 12 est reliée à un boîtier de sortie 13 comportant notamment une vanne 16 décrite plus en détails ci-après et un dispositif de mesure de température 23 correspondant (non représenté). Le boîtier de sortie 13 est en 25 communication avec un radiateur 17 dont la fonction est de refroidir ce liquide. Le radiateur 17 comporte une sortie connectée à une entrée de la pompe de refoulement 11 via un collecteur d'entrée 18 de liquide de refroidissement et une autre sortie connectée à l'entrée d'un boîtier de dégazage 19. [0028] Le boîtier de dégazage 19 permet de retirer des bulles de gaz présentes dans le 30 liquide de refroidissement. Des bulles de gaz apparaissent dans le liquide de 3033616 5 refroidissement notamment lors d'un défaut de remplissage ou lors d'un dysfonctionnement du moteur 12. Le liquide de refroidissement dégazé est ensuite acheminé au moyen d'une canalisation vers le collecteur d'entrée 18 de liquide de refroidissement. 5 [0029] Ce collecteur d'entrée 18 raccorde par ailleurs une sortie de la vanne 16 à une entrée de la pompe de refoulement 11, via un conduit de court-circuit 21 qui permet de court-circuiter le radiateur 17. La boucle fermée ainsi réalisée permet la montée en température du liquide circulant dans la pompe 11, le conduit de court-circuit 21, et le carter et/ou la culasse du moteur 12. 10 [0030] La vanne 16 est également reliée à une canalisation de sortie de liquide de refroidissement destinée à alimenter un aérotherme 22 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 22 est ramené dans la pompe de refoulement 11 via le collecteur d'entrée 18. 15 [0031] Par ailleurs, dans le cas où le véhicule est équipé d'un dispositif de suralimentation 25 de type turbocompresseur, le circuit 10 pourra comporter une branche 26 dédiée munie d'une pompe additionnelle permettant de refouler le liquide de refroidissement issu d'un échangeur eau/huile du moteur 12 vers le turbocompresseur 25 afin de le refroidir lorsque ce dernier est à l'arrêt. 20 [0032] Comme on peut le voir sur les figures 3a à 3e, la vanne 16 comporte un orifice d'entrée 28 destiné à être connecté sur une sortie de liquide de refroidissement du moteur thermique 12, ainsi que trois orifices de sortie 29a-29c destinés à être en communication respectivement avec l'aérotherme 22, le conduit de court-circuit 21, et le radiateur 17. [0033] Des éléments d'obturation 30a-30c associés chacun à un orifice de sortie 29a-29c 25 sont actionnés par des moyens de commande 31 pour ouvrir ou fermer sélectivement un orifice de sortie 29a-29c associé. Chaque élément d'obturation 30a-30c est mobile entre au moins une position d'ouverture dans laquelle l'élément d'obturation 30a-30c permet la circulation de liquide dans la conduite de sortie associée, et une position de fermeture dans laquelle l'élément d'obturation 30a-30c vient en appui contre un siège correspondant 30 en sorte que l'élément d'obturation 30a-30c bloque la circulation de fluide. 3033616 6 [0034] Les moyens de commande 31 sont constitués par trois profils de cames 31a-31c associés chacun à un des éléments d'obturation 30a-30c. Les trois profils de came 31a-31c appartiennent à une came rotative unique. Alternativement, les trois profils de came 31a-31c appartiennent chacun à une came différente. 5 [0035] En variante, les moyens de commande 31 sont constitués par le déplacement d'un ou plusieurs coulisseaux permettant d'assurer un déplacement axial des différents éléments d'obturation 30a-30c par rapport à leur siège. Les moyens de commande 31a-31c sont de préférence actionnés par un actionneur unique 32. [0036] On décrit ci-après en référence avec les figures 3 et 4, le fonctionnement du 10 circuit de refroidissement 10. [0037] Dans une phase PO dite de préchauffage, tous les éléments d'obturation 30a-30c sont initialement en position fermée comme représenté sur la figure 3a. L'élément d'obturation 30a associé à l'aérotherme 22 est ensuite ouvert comme cela est représenté sur la figure 3b pour créer une première boucle de liquide de refroidissement. Le débit 15 correspondant Qaéro augmente alors progressivement à l'intérieur de l'aérotherme 22 pour atteindre une valeur maximale (cf. figure 4). L'élément d'obturation 30b associé au conduit de court-circuit 21 est ensuite ouvert comme cela est représenté sur la figure 3c pour créer une deuxième boucle de liquide de refroidissement. Le débit correspondant Qcc augmente alors progressivement à l'intérieur du conduit de court-circuit 21 pour 20 atteindre une valeur plancher. [0038] Suite à l'élévation de température du liquide de refroidissement, l'élément d'obturation 30c associé au radiateur 17 s'ouvre de manière à autoriser la circulation du liquide à l'intérieur de la branche de circulation comportant le radiateur 17 ainsi que l'élément 18 (collecteur d'entrée), et le cas échéant le boîtier de dégazage 19 pour 25 reboucler jusqu'au moteur 12. Cela permet de prélever des calories du liquide de refroidissement. On entre alors dans les phases de régulation en température P1, P1'. [0039] Le débit de circulation de liquide de refroidissement dans le moteur 12 est sélectionné en fonction d'une loi de commande. Cette loi de commande est basée sur une température de liquide de refroidissement dans les échangeurs 17, 22 et/ou une 30 température extérieur et/ou une température d'huile et/ou une température matière du moteur 12 estimée ou mesurée. 3033616 7 [0040] Plus précisément, lorsque la ou les températures dépassent un ou plusieurs seuils, les moyens de commande 31a-31c sont configurés pour autoriser un fort débit de circulation dans le moteur thermique 12 (cf. phase P1). En l'occurrence, les moyens de commandes 31a-31c sont déplacés en rotation, en sorte que les éléments d'obturation 5 30b et 30c associés respectivement au conduit de court-circuit 21 et au radiateur 17 sont dans une position de grande ouverture tandis que l'élément d'obturation 30a associé à l'aérotherme 22 reste dans une position ouverte, comme cela est illustré sur la figure 3d. [0041] Lorsque la ou les températures sont inférieures à un ou plusieurs seuils, les moyens de commande 31a-31c sont configurés pour autoriser un débit de circulation faible 10 dans le moteur thermique 12 (cf. phase P1'). En l'occurrence, les moyens de commandes 31a-31c sont déplacés, en sorte que les éléments d'obturation 30b et 30c associés respectivement au conduit de court-circuit 21 et au radiateur 17 sont dans une position de faible ouverture, tandis que l'élément d'obturation 30a associé à l'aérotherme 22 reste dans une position ouverte, comme cela est illustré sur la figure 3e. 15 [0042] Les seuils de température considérés dépendent de préférence d'une charge et/ou d'un régime du moteur thermique 12. [0043] Une fois les phases de régulation P1, P1' terminées, les moyens de commandes 31a-31c sont déplacés, en sorte que les éléments d'obturation 30a, 30b, et 30c passent dans leur position de fermeture, ce qui correspond à la configuration de la figure 3a. Les 20 débits Qmot, Qaero, Qrad, et Qcc diminuent alors progressivement pour atteindre une valeur nulle (cf. phase P2). Cette phase n'existe pas forcement, la forme de la came permet d'avoir cette circulation mais n'est pas forcément utiliser lors des conditions de vie du moteur. REVENDICATIONS1. Vanne (16) pour circuit de refroidissement (10) de moteur thermique (12) de véhicule automobile comportant: - au moins un orifice d'entrée (28) destiné à être connecté sur une sortie de liquide de refroidissement dudit moteur thermique (12), - au moins trois orifices de sortie (29a-29c) destinés à être en communication respectivement avec un premier échangeur thermique (17), tel qu'un radiateur, un deuxième échangeur thermique tel qu'un aérotherme (22), et un conduit de court-circuit (21), et - des éléments d'obturation (30a-30c) actionnés par des moyens de commande (31a-31c) pour ouvrir ou fermer sélectivement un orifice de sortie (29a-29c) associé, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande (31a-31c) sont configurés pour autoriser au moins deux positions d'ouvertures différentes des éléments d'obturation (30a-30c) associés audit premier échangeur thermique (17) et audit conduit de court- circuit (21), de manière à obtenir au moins deux débits de circulation de liquide de refroidissement différents dans ledit moteur thermique (12). 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le débit de circulation de liquide de refroidissement est apte à être sélectionné en fonction d'une loi de commande. 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite loi de commande est basée sur une température de liquide de refroidissement dans les échangeurs (17, 22) et/ou une température extérieur et/ou une température d'huile et/ou une température matière du moteur thermique (12) estimée ou mesurée. 4. Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que lorsque la ou les températures sont inférieures à un ou plusieurs seuils, lesdits moyens de commande (31a-31c) sont configurés pour autoriser un faible débit de circulation dans ledit moteur thermique (12), notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement dans une branche comportant le premier échangeur thermique. 3033616 9 5. Vanne selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que lorsque la ou les températures dépassent un ou plusieurs seuils, lesdits moyens de commande (31a-31c) sont configurés pour autoriser un fort débit de circulation dans ledit moteur thermique (12), notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement 5 dans une branche comportant le premier échangeur thermique. 6. Vanne selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que lesdits seuils dépendent d'une charge et/ou d'un régime dudit moteur thermique (12). 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande (31) sont constitués par au moins au moins trois profils 10 de cames (31a-31c) associés chacun à un des éléments d'obturation (30a-30c). 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits trois profils de came (31a-31c) appartiennent à une came unique. 9. Circuit de refroidissement (10) de moteur thermique (12) de véhicule automobile comportant une vanne (16) telle que définie selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé de commande d'une vanne (16) pour circuit de refroidissement (10) de moteur thermique (12) de véhicule automobile telle que définie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de sélection d'un position parmi au moins deux positions d'ouvertures différentes des 20 éléments d'obturation (30a-30c) associés audit premier échangeur thermique (17) et audit conduit de court-circuit (21), de manière à obtenir un débit parmi au moins deux débits de circulation de liquide de refroidissement différents dans ledit moteur thermique (12) notamment lorsqu'il y a une circulation de liquide de refroidissement dans une branche contenant ledit premier échangeur thermique (17). 25