Brevet FR3061513A1 — publié le 20180706

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE L'HUILE DE LUBRIFICATION DANS UN MOTEUR THERMIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de l'automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de refroidissement destiné au 5 refroidissement de l'huile de lubrification dans un moteur thermique de véhicule automobile. [2] Dans le contexte de la réduction des rejets polluants des véhicules automobiles, les normes européennes d'émission, dites normes « Euro », imposent de fortes baisses des limites acceptables pour ces rejets. Entre la norme « Euro 1 » et la norme « Euro 7 », 10 pour le taux de CO2 notamment, il est prévu une baisse des émissions d'environ 80% sur les motorisations de type Diesel et d'environ 60% sur les motorisations de type essence. [3] La perte d'énergie mécanique par frottement dans le moteur thermique d'un véhicule automobile est de l'ordre de 20% de l'énergie totale libérée par la combustion du carburant. La réduction des frottements mécaniques dans le moteur thermique est donc un 15 objectif pour les constructeurs automobiles afin de diminuer les émissions polluantes. [4] L'utilisation d'une huile dite à très basse viscosité est une solution envisagée pour obtenir une baisse de la consommation de carburant et corrélativement une diminution des émissions polluantes. Cependant, l'huile à très basse viscosité pose des contraintes supplémentaires en termes de maîtrise de sa température de fonctionnement pour la 20 viscosité voulue et pour éviter un vieillissement prématuré. Ainsi, une huile à très basse viscosité devra typiquement ne pas dépasser une température de fonctionnement de l'ordre de 125°C pour conserver une viscosité de lbrdre de 4 cSt, alors que les huiles de lubrification actuellement utilisées dans les moteurs thermiques peuvent conserver une viscosité de 4 cSt jusqu'à une température de l'ordre de 165°C. 25 [005] Par le document JP2010084751, il est connu un dispositif de contrôle de la température de l'huile de lubrification d'un moteur thermique permettant de chauffer l'huile en phase de démarrage du moteur puis de stabiliser sa température. Il est utilisé un échangeur thermique traversé par l'huile de lubrification. Un thermostat est prévu pour commander la circulation du liquide de refroidissement du moteur thermique dans 30 l'échangeur. 3061513 2 [6] Par le document FR2904857, il est connu un dispositif permettant de commander un circuit de circulation de liquide de refroidissement ainsi qu'un circuit de circulation d'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule automobile. Dans ce dispositif, il est prévu un échangeur équipé d'une conduite de dérivation. Le débit de l'huile de lubrification dans la conduite de dérivation est contrôlé par une électrovanne pilotée. Cette électrovanne interdit la circulation de l'huile de lubrification dans l'échangeur et la conduite de dérivation tant que la température du liquide de refroidissement reste inférieure à une température de consigne d'environ 100°C. [7] Les dispositifs ci-dessus de la technique antérieure favorisent la montée en température du moteur thermique afin d'atteindre plus rapidement une température plus optimale pour le fonctionnement du moteur. Ces dispositifs trouvent des applications dans les dispositifs de refroidissement pour les huiles de lubrification actuellement utilisées, mais ne conviennent pas pour les huiles dites à très basse viscosité. En effet, la capacité de refroidissement de ces dispositifs est insuffisante pour maintenir la température de l'huile de lubrification en dessous du seuil critique de 125°C et conserver ainsi une viscosité suffisante. [8] Il apparaît aujourd'hui souhaitable de proposer une solution pour accroître la capacité de refroidissement des dispositifs de refroidissement d'huile, et les rendre aptes au refroidissement des huiles dites à très basse viscosité dans les moteurs thermiques. [009] L'invention concerne un dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un échangeur thermique principal de type eau-huile intégré dans un dispositif de lubrification du moteur thermique et à travers lequel est établi un premier circuit de circulation d'huile de lubrification. Conformément à l'invention, le dispositif comprend également un échangeur thermique additionnel de type eau-huile intégré dans le dispositif de lubrification du moteur thermique et ayant un deuxième circuit de circulation d'huile de lubrification et un circuit de circulation de liquide de refroidissement, la circulation de l'huile de lubrification dans le deuxième circuit de circulation étant commandée en fonction de la température de l'huile de lubrification. [0010] L'échangeur thermique additionnel prévu dans le dispositif de l'invention apporte une capacité de refroidissement supplémentaire de l'huile de lubrification. Le dispositif refroidit l'huile de manière plus performante et autorise une régulation en température de 3061513 3 celle-ci. Le dispositif de l'invention est ainsi apte au refroidissement des huiles dites à très basse viscosité dans les moteurs thermiques, c'est-à-dire, des huiles ayant une viscosité n'excédant pas 5 cSt à 125°C. [0011] Selon une caractéristique particulière, le dispositif selon l'invention comprend un 5 dispositif de thermostat piloté en fonction de la température de l'huile de lubrification pour commander la circulation de celle-ci dans le deuxième circuit de circulation de l'échangeur thermique additionnel. [0012] Selon une autre caractéristique particulière, le dispositif de thermostat interdit la circulation de l'huile de lubrification dans le deuxième circuit de circulation tant que la 10 température de l'huile de lubrification reste inférieure à une température de consigne prédéterminée et autorise la circulation de celle-ci dans le deuxième circuit de circulation lorsque la température de l'huile de lubrification atteint ou dépasse la température de consigne prédéterminée. Avantageusement, ladite température de consigne prédéterminée est de 125°C. 15 [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, le liquide de refroidissement circulant dans le circuit de circulation de liquide de refroidissement est un liquide de refroidissement dit à basse température et ayant une température maximale comprise entre 60°C et 80°C. [0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, le liquide de refroidissement 20 dit à basse température provient d'un dispositif de refroidissement auxiliaire du véhicule thermique. [0015] Selon une forme de réalisation particulière du dispositif de l'invention, l'échangeur thermique additionnel est un échangeur thermique à plaques. [0016] L'invention concerne aussi un véhicule automobile équipé du dispositif de 25 refroidissement d'huile de lubrification décrit brièvement ci-dessus. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 3061513 4 La Fig.1 est un schéma simplifié d'un groupe de motorisation à moteur thermique dans lequel est intégré une forme de réalisation particulière du dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'invention ; La Fig.2A est une vue en coupe simplifiée d'un dispositif de thermostat dans un 5 état fermé inclus dans le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification de la Fig.1 ; et La Fig.2B est une vue en coupe simplifiée d'un dispositif de thermostat dans un état ouvert inclus dans le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification de la Fig.1. [0018] En référence aux Figs.1 et 2A, 2B, il est décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière d'un dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon 10 l'invention qui est monté dans un groupe de motorisation à moteur thermique1, montré à la Fig.1, d'un véhicule automobile. [0019] Comme montré à la Fig.1, le groupe de motorisation 1 comprend notamment un bloc de moteur thermique 10, un groupe d'échangeur thermique eau-air 11 pour les dispositifs de refroidissement du véhicule, et différents dispositifs auxiliaires tels qu'un 15 condenseur à eau 12 de climatisation et un échangeur à eau 13 de refroidissement d'air de suralimentation. [0020] Le groupe d'échangeur thermique eau-air 11 comprend essentiellement un échangeur eau-air pressurisé dit à haute température 110, un échangeur eau-air non-pressurisé dit à basse température 111 et un groupe moto-ventilateur 112. Typiquement 20 l'échangeur eau-air pressurisé 110 dit à haute température peut fonctionner à une température qui dépasse les 100°C. L'échangeur eau-air non-pressurisé 111 dit à basse température fonctionnera à une température maximale qui ne dépassera pas les 80°C. [0021] De manière classique, le refroidissement à eau du bloc de moteur thermique 10 est assuré par la circulation dans le bloc 10 d'un liquide de refroidissement à haute 25 température LHT. La circulation du liquide de refroidissement LHT est montrée à la Fig.1 par des traits et flèches en pointillé. [0022] Des conduits pour la circulation du liquide LHT raccordent l'échangeur eau-air pressurisé 110 à un dispositif de thermostat piloté 101. Le dispositif de thermostat piloté 101 (ou électrovanne pilotée) commande la circulation du liquide LHT en boucle dans le 30 moteur thermique 10 pendant la montée en température de celui-ci ou à travers l'échangeur 110 lorsque le moteur thermique 10 est chaud. Une pompe à eau 102 pour la 3061513 5 circulation du liquide LHT et un conduit de dérivation 103 (dit « by-pass » en anglais) de refroidissement du moteur thermique sont montrés à la Fig.1. Un aérotherme 104 prélevant des calories du liquide LHT et délivrant de l'air chaud dans l'habitacle du véhicule est aussi montré à la Fig.1. 5 [0023] Comme montré à la Fig.1, le dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'invention comprend notamment un échangeur eau-huile principal 14, un dispositif de thermostat 15, un échangeur eau-huile additionnel 16, un circuit de circulation d'huile de lubrification principal Cl établi dans l'échangeur 14, un circuit de circulation d'huile de lubrification additionnel C2 établi dans l'échangeur 16 et un circuit de circulation de liquide 10 de refroidissement C3. [0024] L'échangeur eau-huile principal 14, le dispositif de thermostat 15 et l'échangeur eau-huile additionnel 16 sont intégrés dans le dispositif de lubrification du moteur thermique afin de refroidir l'huile de lubrification HL de celui-ci. De manière classique, le dispositif de lubrification du moteur comprend une pompe à huile, non représentée à la 15 Fig.1, qui assure une mise en pression et la circulation de l'huile HL. [0025] L'échangeur eau-huile principal 14 comporte deux circuits distincts de circulation de fluide dans lesquels sont établis de manière connue le circuit de circulation d'huile de lubrification principal Cl et un circuit de circulation de liquide de refroidissement (non représenté à la Fig.1). 20 [0026] L'échangeur eau-huile additionnel 16 comporte deux circuits distincts de circulation de fluide dans lesquels sont établis le circuit de circulation d'huile de lubrification additionnel C2 et le circuit de circulation de liquide de refroidissement C3. Typiquement, l'échangeur eau-huile additionnel 16 est un échangeur à plaques à haute performance. 25 [0027] Conformément à l'invention, la circulation de l'huile de lubrification HL dans le circuit de circulation additionnel C2 est commandée par le dispositif de thermostat 15 en fonction de la température de l'huile HL. Dans cette forme de réalisation, le dispositif de thermostat 15 est fermé et interdit la circulation de l'huile HL dans le circuit C2 tant que la température de l'huile HL reste inférieure à une température de consigne de 125°C et 30 autorise la circulation de celle-ci dans le circuit C2 lorsque la température de l'huile HL atteint ou dépasse la température de consigne de 125°C. 3061513 6 [0028] Le circuit de circulation de liquide de refroidissement C3 raccorde l'échangeur eau-huile additionnel 16 à un dispositif de refroidissement auxiliaire dit à basse température du véhicule, dans lequel circule un liquide de refroidissement LBT dit à basse température, c'est-à-dire, ayant une température maximale qui ne dépassera pas les 5 80°C. La circulation du liquide de refroidissement LBT est montrée à la Fig.1 par des flèches en trait plein. [0029] Dans cette forme de réalisation, le dispositif de refroidissement auxiliaire indiqué ci-dessus comporte notamment l'échangeur eau-air non-pressurisé à basse température 111, le condenseur à eau 12 de climatisation, l'échangeur à eau 13 de refroidissement 10 d'air de suralimentation et une pompe à eau électrique dédiée 1110. [0030] Dans d'autres formes de réalisation, le dispositif de refroidissement auxiliaire pourra avoir une architecture différente, par exemple, en comprenant un circuit de refroidissement pour un moteur électrique dans un véhicule hydride, ou pour des composants électroniques de puissance et des batteries. 15 [0031] Comme montré à la Fig.1 de manière schématique, dans cette forme de réalisation, le dispositif de thermostat 15 est monté entre l'échangeur eau-huile principal 14 et l'échangeur eau-huile additionnel 16. Le dispositif de thermostat 15 est montré ici dans un état ouvert. Une entrée d'huile de lubrification 150 du dispositif de thermostat 15 est raccordé à une sortie d'huile de lubrification de l'échangeur eau-huile principal 14. La 20 sortie d'huile de lubrification du dispositif de thermostat 15 alimente en huile HL le circuit de circulation additionnel C2 traversant l'échangeur eau-huile additionnel 16. L'huile HL refroidie, sortant de l'échangeur additionnel 16, est réinjectée dans le dispositif de lubrification du moteur thermique. [0032] Une forme de réalisation du dispositif de thermostat 15 est montrée à titre 25 d'exemple aux Figs.2A et 2B. Comme montré aux Figs.2A et 2B, le dispositif de thermostat 15 est de type à capsule de cire et forme une vanne pour l'huile de lubrification HL dont les états fermé et ouvert sont commandés en fonction de la température de l'huile de lubrification HL. [0033] Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif de thermostat 15 peut prendre 30 la forme d'une électrovanne qui est pilotée par un signal de commande délivré par l'unité de contrôle moteur du véhicule, ladite unité disposant d'une mesure de température de l'huile HL. Ou bien, l'électrovanne peut être pilotée localement à partir d'une information de 3061513 7 température d'huile fournie par un capteur de température qui est intégré par exemple dans l'échangeur eau-huile 14. [0034] Comme montré aux Figs.2A et 2B, le dispositif de thermostat 15 comprend, dans un boîtier 151, une capsule de cire 152, un clapet 153 et un ressort 154. 5 [0035] La capsule de cire 152 est contenue dans une chambre du boîtier 151 et baigne dans un flux d'huile HL en circulation. Des orifices d'entrée et de sortie d'huile, 155e et 155s, sont prévus dans le dispositif de thermostat 15 pour un raccordement de la chambre contenant la capsule au dispositif de lubrification du moteur thermique. Ce raccordement autorise la circulation du flux d'huile HL dans ladite chambre. La dilatation de la cire 10 contenue dans la capsule 152 lorsque l'huile HL monte en température permet l'actionnement du clapet 153. La capsule de cire 152 et le ressort 154 sont choisis ici pour avoir une commutation du dispositif de thermostat 15, entre l'état ouvert et l'état fermé, pour une température de l'huile HL de l'ordre de 125°C qui est la température de consigne. Le choix de la valeur nominale de la capsule de cire 152 et le tarage du ressort 15 154 permettent d'obtenir la température de consigne voulue pour la régulation en température de l'huile de lubrification HL. [0036] A la Fig.2A, la température de l'huile HL est inférieure à la température de consigne de 125°C, et le dispositif de thermostat 15 est à l'état fermé. Le circuit C2 est alors fermé et l'huile de lubrification HL ne circule pas dans l'échangeur eau-huile 20 additionnel 16. [0037] A la Fig.2B, la température de l'huile HL est supérieure à la température de consigne de 125°C, et le dispositif de thermostat 15 est à l'état ouvert. Le circuit C2 est alors ouvert et l'huile de lubrification HL circule dans l'échangeur eau-huile additionnel 16 bénéficiant ainsi de la capacité de refroidissement supplémentaire apportée par cet 25 échangeur 16. [0038] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification d'un moteur thermique de véhicule automobile, comprenant un échangeur thermique principal de type eau-huile (14) intégré dans un dispositif de lubrification dudit moteur thermique et à travers lequel est établi un premier circuit de circulation d'huile de lubrification (C1), caractérisé en ce qu'il comprend également un échangeur thermique additionnel de type eau-huile (16) intégré dans ledit dispositif de lubrification dudit moteur thermique et ayant un deuxième circuit de circulation d'huile de lubrification (C2) et un circuit de circulation de liquide de refroidissement (C3), la circulation de l'huile de lubrification (HL) dans ledit deuxième circuit de circulation (C2) étant commandée en fonction de la température de ladite huile de lubrification (HL). 2. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de thermostat (15) piloté en fonction de la température de l'huile de lubrification (HL) pour commander la circulation de celle-ci dans ledit deuxième circuit de circulation (C2) dudit échangeur thermique additionnel (16). 3. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de thermostat (15) interdit la circulation de l'huile de lubrification (HL) dans ledit deuxième circuit de circulation (C2) tant que la température de l'huile de lubrification (HL) reste inférieure à une température de consigne prédéterminée et autorise la circulation de celle-ci dans ledit deuxième circuit de circulation (C2) lorsque la température de l'huile de lubrification (HL) atteint ou dépasse ladite température de consigne prédéterminée . 4. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite température de consigne prédéterminée est de 125°C. 5. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement circulant dans ledit circuit de circulation de liquide de refroidissement (C3) est un liquide de refroidissement dit à basse température (LBT) et ayant une température maximale comprise entre 60°C et 80°C. 3061513 9 6. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit liquide de refroidissement dit à basse température (LBT) provient d'un dispositif de refroidissement auxiliaire (111, 1110, 12, 13) dudit véhicule thermique. 5 7. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite huile de lubrification (HL) est une huile de lubrification dite à très basse viscosité ayant une viscosité n'excédant pas 5 cSt à 125°C. 8. Dispositif de refroidissement d'huile de lubrification selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique additionnel (16) est un échangeur thermique à plaques. 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de refroidissement de l'huile de lubrification (HL) du moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 15