Brevet FR3043719A1 — publié le 20170519

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement et un procédé de refroidissement pour véhicules automobiles. Les nouvelles technologies mises en oeuvre pour réduire la consommation et les rejets polluants des véhicules automobiles nécessitent souvent 5 de multiples circuits ou boucles de régulation de température. Par boucle de régulation thermique, on entend un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur qui régule la température d'un organe mécanique en véhiculant l'énergie thermique produite par le fonctionnement de cet organe. Sur un véhicule de type hybride par exemple, on peut ainsi trouver deux, 10 trois ou quatre boucles de régulation qui sont, chacune, dédiées au refroidissement d'un organe particulier qui présente une exigence propre en matière de gestion thermique. A titre d'exemple, un véhicule de ce type peut présenter : - une boucle de régulation à haute température pour la régulation de la 15 température du moteur thermique, - une boucle de régulation à basse température pour la régulation de la température des organes électroniques de puissance de la chaine de propulsion électrique, - une boucle de régulation très basse température pour la régulation de 20 la température de la batterie de propulsion. Pour des raisons de compacité et limitation de coûts, certains équipements, tels que la boîte de dégazage, peuvent être communs à plusieurs boucles de régulation. Le dégazage est une fonction importante au cours de laquelle les bulles 25 d'air ou de gaz qui sont présentes dans le liquide de refroidissement sont purgées. Le dégazage est une fonction importante car la présence de bulles d'air dans le liquide de refroidissement a un effet délétère sur la qualité du refroidissement, et donc ne permet pas le fonctionnement moteur dans des conditions optimales, ce qui peut entraîner des conditions thermiques non maitrisées 30 avec des conséquences en termes de fiabilité ou de durabilité des organes et de nuisance pour l'environnement. En pratique, on doit constater que la mise en commun d'une boîte de dégazage à plusieurs boucles de refroidissement n'est pas sans poser des problèmes. En effet, l'utilisation d'une unique boîte de dégazage pour plusieurs 35 boucles de refroidissement qui sont à des températures différentes, 90/110°C pour une boucle à haute température et 60°C et 30°C pour des boucles à basse ou très 3043719 2 basse température, a pour conséquence directe de perturber la régulation de température qui s'effectue dans les boucles de régulation de basse température. Dans les faits, la boucle de régulation à haute température va faire un apport continu de liquide à haute température dans la ou les boucle(s) de plus basses températures. Par ailleurs, en fonctionnement à leurs températures nominales respectives, la boucle de régulation à haute température a un besoin constant de dégazage car le liquide de refroidissement qui est en contact avec des points chauds du moteur - refroidissement de la culasse - peut se vaporiser ponctuellement et donc générer des bulles de gaz tandis que les boucles de régulation à basse ou très basse température ont un besoin de dégazage lors de leur mise en route mais ne génèrent pas de bulles de gaz au cours de leur fonctionnement. En d'autres termes, une fois réalisée la montée en température jusqu'à la température de fonctionnement nominale, une boîte de dégazage commune à une boucle de refroidissement à haute température et à une ou plusieurs boucles de refroidissement à température plus basse s'avère avoir un effet délétère sur le fonctionnement de refroidissement à température plus basse. On connait certes par exemple par le document FR 2 949 509 - Al des dispositifs de fermeture de boucle de dégazage qui cependant sont inadaptés à la gestion de multiples boucles de refroidissement et à leur problématique de dégazage. Dans ce contexte technique, un but de l'invention est de proposer un circuit de refroidissement à plusieurs boucles de refroidissement mutualisant la boîte de dégazage sans compromettre le fonctionnement de chaque boucle de refroidissement. A cet effet, l'invention concerne un circuit de refroidissement pour un véhicule automobile comprenant une première boucle de refroidissement conçue pour assurer la thermorégulation d'un premier organe et au moins une deuxième boucle de refroidissement conçue pour assurer la thermorégulation d'un deuxième organe. Selon une définition générale de l'invention, le circuit de refroidissement comprend une unique boîte de dégazage fluidiquement reliée à la première boucle et à, au moins une, deuxième boucle de refroidissement et une vanne d'isolation interposée entre la boîte de dégazage et au moins une deuxième boucle de refroidissement conçue pour sélectivement obturer l'écoulement entre la boîte de dégazage et au moins une deuxième boucle de refroidissement. La vanne d'isolation peut comprendre au moins un élément bilame 35 thermosensible conçu pour agir sur un obturateur pour faire passer la vanne d'isolation d'une position passante à une position non passante lorsque le fluide de 3043719 3 refroidissement traversant la vanne d'isolation atteint une température de déclenchement. La vanne d'isolation peut être intégrée à un boîtier thermostatique qui régule la température de la, au moins une, deuxième boucle de refroidissement. 5 Selon une réalisation possible, le boîtier thermostatique comprend un piquage en communication avec la boîte de dégazage. Le boîtier thermostatique peut comprendre une cavité dans laquelle sont disposés un ou plusieurs éléments bilames dont le déclenchement fait passer un obturateur tel qu'une bille d'une position dans laquelle l'obturateur laisse passer le 10 fluide de refroidissement à une position dans laquelle l'obturateur bloque le passage du fluide de refroidissement. La température de déclenchement de la vanne d'isolation peut être égale ou supérieure à la température de fonctionnement nominal de la, au moins une, deuxième boucle de refroidissement. 15 Selon une réalisation possible, le circuit de refroidissement comprend une première boucle de refroidissement haute température, une deuxième boucle de refroidissement basse température et une troisième boucle de refroidissement très basse température. Chaque boucle de refroidissement peut comprendre au moins un 20 élément du groupe comprenant un échangeur, un radiateur, une pompe, un boîtier thermostatique. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence à aux figures ci-annexées dans lesquelles : - Figure 1 montre de façon schématique une forme de réalisation d'un 25 circuit de refroidissement selon l'invention, - Figures 2 et 3 montrent schématiquement le principe d'une vanne d'isolation, - Figure 4 montre une forme d'exécution d'un boitier thermostatique selon l'invention. 30 L'invention propose un circuit de refroidissement 1 pour un véhicule comprenant plusieurs boucles de refroidissement. Dans l'exemple représenté sur le dessin, le circuit de refroidissement 1 comprend trois boucles de refroidissement à savoir : une boucle de refroidissement à haute température I, une boucle de refroidissement à basse température II et une boucle de refroidissement à très basse température III. 3043719 4 La boucle de refroidissement à haute température I comprend un échangeur haute température 2 constitué par le moteur thermique du véhicule, un radiateur haute température 3. Une pompe 4 assure la circulation d'un fluide de refroidissement de type glycol. On note également la présence d'un boîtier de 5 régulation thermostatique 5 qui permet de piloter le circuit du fluide de refroidissement en fonction de la température. Un piquage est prévu sur le boîtier thermostatique 5 pour réaliser un raccordement avec une boîte de dégazage 6. La boucle de refroidissement à basse température II comprend un 10 échangeur basse température 20 avec, par exemple, les organes d'électronique de puissance (onduleur, chargeur...) de la chaine de propulsion électrique, un radiateur basse température 30. Une pompe 40 assure la circulation du fluide de refroidissement. La boucle de refroidissement à basse température II est également dotée d'un boîtier de régulation thermostatique 50 qui permet de piloter le circuit de 15 fluide de refroidissement en fonction de la température. Un piquage est prévu sur le boîtier thermostatique 50 pour réaliser un raccordement avec la boîte de dégazage 6. On note la présence d'une vanne d'isolation 70 pilotée en température sur la branche retour qui assure le retour du fluide de refroidissement en aval de la 20 boîte de dégazage 6. La fonction de cette vanne d'isolation 70 sera décrite en détails plus loin. La boucle de refroidissement à très basse température III comprend un échangeur très basse température 200 avec, par exemple, la batterie de la chaine de propulsion électrique et un radiateur très basse température. Une pompe 400 assure 25 la circulation du fluide de refroidissement. La boucle de refroidissement à très basse température III est également dotée d'un boîtier de régulation thermostatique 500 qui permet de piloter le circuit de fluide de refroidissement en fonction de la température. Un piquage est prévu sur le boîtier thermostatique très basse 30 température 500 pour réaliser un raccordement avec la boîte de dégazage 6. On note la présence d'une vanne d'isolation 700 sur la branche retour qui assure le retour du fluide de refroidissement en aval de la boîte de dégazage 6. La fonction de cette vanne d'isolation sera décrite en détail plus loin. On peut donc remarquer que le dispositif de refroidissement qui 35 comprend trois boucles de refroidissement possède une unique boîte de dégazage 6 qui est donc commune aux trois boucles de dégazage. 3043719 5 Le fonctionnement du dispositif de refroidissement est le suivant. Lors de la mise en fonctionnement du véhicule, les trois boucles de refroidissement I, Il, III entrent en action pour réguler la température de chacun des organes qui leur sont assignés. 5 Chacune des trois boucles de refroidissement I, Il, III présente un besoin de dégazage qui est satisfait par la liaison de chacune des boucles de refroidissement à la boîte de dégazage 6. Au cours de la montée en température vers leurs températures respectives de fonctionnement nominal typiquement 90°C-110°C pour la boucle haute 10 température I, 55°C-65°C pour la boucle le fluide de refroidissement basse température II et 30°C-40°C pour la boucle de température très basse température III, le fluide de refroidissement de chacune des boucles de refroidissement haute température, basse température et très basse température est purgé de ses bulles de gaz ce qui contribue à un fonctionnement optimal du véhicule. 15 Lorsque les températures du fluide de refroidissement de la boucle basse température II et de la boucle à très basse température III atteignent leurs valeurs nominales de fonctionnement, les vannes d'isolation 70 et 700 pilotées en température se mettent en position de fermeture car la température de déclenchement de la vanne d'isolation 70 de la boucle à basse température II 20 correspond à la température nominale de fonctionnement de cette boucle et la température de déclenchement de la vanne d'isolation 700 de la boucle à très basse température III correspond à la température nominale de fonctionnement de cette boucle. Ainsi, la boîte de dégazage 6 qui est unique et qui est commune aux trois 25 boucles de refroidissement I, Il, III se trouve isolée de la boucle à basse température II et de la boucle à très basse température III. Dans cette configuration la boîte de dégazage est donc uniquement en lien avec la boucle de refroidissement haute température I. L'isolation de la boucle très basse température III par rapport à la boîte 30 de dégazage 6 se fait généralement avant l'isolation de la boucle à basse température Il par rapport à la boîte de dégazage 6 car le fluide de refroidissement dans la boucle à très basse température III atteint sa température de fonctionnement nominale avant que le fluide de refroidissement dans la boucle à basse température II n'atteigne sa température de fonctionnement nominal. 35 En fonctionnement nominal, les boucles de refroidissement basse température II et très basse température III ne génèrent aucune bulle de gaz dans leur 3043719 6 fluide de refroidissement car, contrairement à la boucle de refroidissement haute température I, il ne se produit pas de mise en ébullition du liquide de refroidissement. Dans une forme de réalisation (non représentée), le pilotage des vannes d'isolation peut se faire par des électrovannes pilotées par des sondes de 5 température. Dans une autre forme de réalisation qui est moins coûteuse que la précédente, le pilotage des vannes d'isolation peut se faire de manière mécanique par un élément sensible à la température (capsule à cire, matériau à mémoire de forme ou bilame). 10 En pratique, la vanne d'isolation 70, 700 peut être incorporée au boîtier thermostatique 50,500 comme le montre la figure 4. Le boîtier thermostatique présente, de façon conventionnelle, une entrée et une sortie pour la circulation du fluide à réguler. De plus et de façon propre à l'invention, le boîtier thermostatique 50, 500 15 est alors équipé d'un départ et d'un retour 51 depuis la boîte de dégazage 6. Le contrôle du flux en retour de la boîte à eau se fait par un obturateur tel qu'un clapet ou une bille 52 qui repose sur un ou plusieurs éléments bilames 53 comme on peut le voir sur la figure 2. La bille 52 est éventuellement maintenue contre la ou les éléments bilames 53 par un ressort. L'empilement d'éléments bilames 53 et 20 éventuellement le ressort sont calibrés pour un déclenchement à une température de déclenchement qui correspond à la température nominale de la boucle de refroidissement en question. Le clapet, les éléments bilames et l'éventuel ressort de rappel sont logés dans une cavité ménagée dans le boîtier thermostatique. En d'autres termes, la vanne d'isolation 50, 500 est passante lorsque la 25 température est inférieure à la température de fonctionnement nominale du liquide de refroidissement et devient non passante lorsque la température du liquide de refroidissement atteint une valeur de déclenchement qui correspond à une température déterminée selon la température de fonctionnement nominale de la boucle de refroidissement à basse température II ou de la boucle à très basse 30 température III. En phase de montée de température, comme le montre la figure 2, la vanne d'isolation laisse passer le fluide de refroidissement en retour de la boîte de dégazage 6 qui rejoint le fluide de refroidissement de la boucle basse II ou très basse température III. 35 En effet, au cours de cette phase, le fluide de refroidissement de la boucle de refroidissement basse température II et/ou de la boucle de refroidissement 3043719 7 très basse température III peut être chargé de bulles de gaz dont il convient de se débarrasser pour un fonctionnement optimal des différents organes du véhicule. Compte tenu des dégagements d'énergie thermique par les différents organes par exemple onduleur, batterie etc., la température du liquide de 5 refroidissement a atteint sa température nominale après une durée de fonctionnement variable. La figure 3 montre ainsi la vanne d'isolation 50 dans une configuration dans laquelle la vanne bloque le retour de la boîte de dégazage 6. Le liquide de refroidissement ayant atteint une température de 10 fonctionnement nominale, la bille 52 est poussée contre son siège 54 sous l'action des éléments bilames et bloque le flux venant de la boîte de dégazage 6. On utilise ainsi le fluide de refroidissement comme pilote de la vanne d'isolation. Le réarmement de la vanne se fait lors de la baisse de la température du liquide de refroidissement. 15 Un autre avantage de l'élément bilame découle de l'hystérésis de ces éléments. En effet, l'hystérésis des éléments bilames est, selon les conditions de montage et de pré-charge, d'environ 20°C. Si la différence entre les températures nominales de déclenchement et la température de régulation du fluide de refroidissement froid est inférieure à 20°C, on peut utiliser la température du fluide de 20 refroidissement froid comme condition de réarmement. Ceci peut être avantageux dans le cas de dispositifs fonctionnant à basse température (exemple inférieur à 40°C) dont le fonctionnement peut être perturbé par la température ambiante qui peut être plus élevée. En effet, si les éléments bilames ne sont plus irrigués par le fluide « pilote » une élévation de la température 25 ambiante peut empêcher le réarmement du clapet. Ce peut être le cas par exemple si le véhicule est stationné en été au soleil. Par ailleurs la température sous capot monte couramment jusqu'à 80°C en usage courant, en ce cas lors d'un démarrage à chaud le dégazage n'aura pas lieu, même si la boucle basse température est en dessous de sa température de régulation 30 Selon l'architecture du véhicule, la vanne d'isolation basse ou très basse température peut être intégrée au boîtier thermostatique ou peut être un élément indépendant qui est placé sur la boucle de refroidissement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites ci-dessus à titre d'exemple non limitatifs mais elle en embrasse toutes les 35 variantes d'exécution. Ainsi, le déclenchement de la vanne d'isolation pourrait être réalisé par un élément en cire thermosensible ou en alliage à mémoire de forme. REVENDICATIONS1. Circuit de refroidissement (1) pour un véhicule automobile comprenant une première boucle de refroidissement I conçue pour assurer la 5 thermorégulation d'un premier organe et au moins une deuxième boucle de refroidissement II, III conçue pour assurer la thermorégulation d'un deuxième organe, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement (1) comprend une unique boîte de dégazage (6) fluidiquement reliée à la première boucle et à, au moins une, deuxième boucle de refroidissement II, III et une vanne d'isolation (70,700) interposée entre la 10 boîte de dégazage (6) et au moins une deuxième boucle de refroidissement II, III conçue pour sélectivement obturer l'écoulement entre la boîte de dégazage 6 et au moins une deuxième boucle de refroidissement II, III. 2. Circuit de refroidissement (1) selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que la vanne d'isolation (70, 700) comprend au moins un élément bilame thermosensible conçu pour agir sur un obturateur pour faire passer la vanne d'isolation (70, 700) d'une position passante à une position non passante lorsque le fluide de refroidissement traversant la vanne d'isolation atteint une température de déclenchement. 20 3. Circuit de refroidissement (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne d'isolation (70,700) est intégrée à un boîtier thermostatique (50,500) qui régule la température de la, au moins une, deuxième boucle de refroidissement II, III. 25 4. Circuit de refroidissement (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier thermostatique comprend un piquage (51) en communication avec la boîte de dégazage (6). 30 5. Circuit de refroidissement (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier thermostatique (50) comprend une cavité dans laquelle sont disposés un ou plusieurs éléments bilames (53) dont le déclenchement fait passer un obturateur tel qu'une bille (52) d'une position dans laquelle l'obturateur laisse passer le fluide de refroidissement à une position dans laquelle l'obturateur bloque le 35 passage du fluide de refroidissement. 3043719 9 6. Circuit de refroidissement (1) selon l'une des revendications 3 à 5 en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la température de déclenchement de la vanne d'isolation (70, 700) est égale ou supérieure à la température de fonctionnement nominal de la, au moins une, deuxième boucle de refroidissement. 7. Circuit de refroidissement (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement (1) comprend une première boucle de refroidissement haute température I, une deuxième boucle de refroidissement basse température II et une troisième boucle de refroidissement très basse température III. 8. Circuit de refroidissement (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque boucle de refroidissement I, Il, III comprend au moins un 15 élément du groupe comprenant un échangeur-(2, 20, 200), un radiateur (3, 30, 300), une pompe (4, 40,400), un boîtier thermostatique (5, 50, 500).