Brevet FR3062686A1 — publié le 20180810

La présente invention concerne les méthodes d'essai de tenue en température d'une pompe, notamment d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Une pompe est un dispositif connu permettant d'aspirer et de refouler un fluide en vue de déplacer ce fluide d'un point à un autre, par exemple pour le faire circuler dans un circuit. A cet effet, une pompe comprend une chambre de volume variable ayant un port d'entrée du liquide et un port de sortie du liquide, et au moins un élément mobile pour provoquer la variation du volume de la chambre. On connaît ainsi des pompes à piston, des pompes centrifuges mais aussi des pompes péristaltiques. Les éléments mobiles des pompes sont désormais souvent actionnés par un moteur électrique. Ils peuvent aussi être actionnés mécaniquement. C'est le cas notamment de la pompe à eau du circuit de refroidissement d'un véhicule automobile qui est entrainée généralement par la courroie de distribution. Ce type de pompe aspire et refoule un liquide caloporteur appelé liquide de refroidissement qui, comme son nom l'indique, a pour but de refroidir le moteur. En effet, un moteur voit sa température grimper au fur et à mesure qu'il tourne. Le liquide de refroidissement au contact du bloc moteur monte alors en température en même temps que celui-ci. Le circuit de refroidissement comprend un échangeur thermique dans lequel le liquide de refroidissement est refroidi avant de repartir vers le bloc moteur pour le refroidir à son tour et le maintenir à une température optimale de fonctionnement. Cette température est d'environ 90°C dans le cas d'un moteur thermique. 3062686 2 Au-delà de 100°C, certaines pièces du moteur commencent à se dégrader. Le dysfonctionnement d'une telle pompe à eau entraînera alors irrémédiablement une surchauffe du bloc moteur générant des dommages pouvant 5 aller jusqu'à la casse du moteur. Ainsi, une défaillance de la pompe peut entraîner des dégâts dont le coût est bien supérieur au coût de la pompe en elle-même. Il est donc primordial que ce type de pompe à eau fasse preuve d'endurance et résiste à des variations de 10 températures importantes du fluide aspiré. En effet, si un moteur atteint au bout de quelques kilomètres sa température de rendement optimal (90°C), il n'est pas rare qu'au démarrage sa température soit négative, notamment en hiver lors d'un stationnement 15 prolongé. Le liquide de refroidissement va donc passer très rapidement d'une température négative à une température de presque 100°C. Par conséquent, pour des raisons évidentes de fiabilité, il est important de pouvoir tester la tenue en 20 température de ce type de pompe avant sa commercialisation. Toutefois, la réalisation de tests en conditions réelles est complexe et coûteuse à mettre en oeuvre. De plus, elle ne permet pas de faire varier à la demande la 25 température du liquide de refroidissement, ni même de la maintenir à une température déterminée autre que celle du rendement optimal du moteur atteinte en seulement quelques minutes. 30 OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'essai de tenue en température d'une pompe. 3062686 3 PRESENTATION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l'invention propose un dispositif d'essai de tenue en température d'une pompe comportant un circuit principal qui est 5 pourvu de moyens de raccordement à la pompe à tester et qui est destiné à contenir un fluide de test. Le circuit principal est raccordé par au moins une première vanne à un premier échangeur thermique, lui-même raccordé à un premier circuit secondaire transportant un 10 premier fluide secondaire caloporteur. Ce premier circuit secondaire est associé à des premiers moyens de maintien du premier fluide secondaire à une première température prédéterminée. Le circuit principal est également raccordé par au 15 moins une deuxième vanne à un deuxième échangeur thermique, lui-même raccordé à un deuxième circuit secondaire transportant un deuxième fluide caloporteur secondaire. Ce deuxième circuit secondaire est associé à des deuxièmes moyens de maintien du deuxième fluide 20 secondaire à une deuxième température prédéterminée. Ainsi, le fluide de test est de préférence le liquide de refroidissement avec lequel la pompe est destinée à fonctionner en utilisation nominale. Le premier fluide secondaire est choisi pour avoir un comportement optimal 25 à la première température prédéterminée et le deuxième fluide secondaire est choisi pour avoir un comportement optimal à la deuxième température prédéterminée. Par exemple, dans le cas où la deuxième température prédéterminée est très inférieure à 0°C, on choisira 30 comme deuxième fluide secondaire un fluide qui ne formera pas de cristaux à cette température de manière à ne pas risquer de boucher le deuxième circuit secondaire et notamment le deuxième échangeur thermique. Dans le cas où la première température prédéterminée est très supérieure 35 à 0°C, on choisira comme premier fluide secondaire un 3062686 4 fluide qui ne se dégrade pas sur le long terme à cette température. Les premier et deuxième fluides secondaires n'ayant pas à avoir des propriétés optimales sur toute la plage de température, ils sont moins coûteux que le 5 fluide de test et, du fait de l'utilisation des premier et deuxième fluides secondaires, la quantité nécessaire de fluide de test est relativement faible. Avantageusement, les vannes de raccordement du circuit principal aux premier et deuxième échangeurs 10 thermiques sont de type proportionnel. De la sorte, le fluide de test traversant la pompe peut être maintenu à une température prédéterminée en régulant son passage à travers les premier et deuxième échangeurs thermiques. 15 Dans le cadre de l'invention, il est également possible de faire varier rapidement la température du fluide de test en actionnant de manière adéquate les différentes vannes du dispositif, ce qui aura pour effet d'accélérer le vieillissement de la pompe et donc de 20 diminuer le temps de test. Il est à noter qu'une différence de température importante entre le fluide de test et les fluides secondaires permet un rendement optimal des échangeurs thermiques, et permet donc d'accélérer la variation de 25 température du fluide de test. Dans le cas où l'on souhaite amener le fluide de test une température proche des limites de sa plage de service, l'utilisation d'un fluide secondaire différent du fluide de test est particulièrement avantageuse pour 30 le bon fonctionnement du dispositif. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les circuits secondaires sont raccordés aux échangeurs thermiques par au moins une vanne. On notera que, pour des raisons de fiabilité, il est 35 judicieux de tester en température une pompe avec un 3062686 5 fluide de test dont la température est supérieure (ou inférieure) à celle des conditions normales d'utilisation. Les conséquences d'un dysfonctionnent d'une pompe peuvent être telles, qu'un dimensionnement au 5 plus juste de la pompe ne peut pas toujours être accepté. Selon une caractéristique particulière, les premiers moyens de maintien en température comprennent un groupe chaud agencé pour maintenir le premier fluide à une température supérieure à 100°C et, de préférence, 130°C 10 environ. Ce mode de réalisation de l'invention permet de recréer, par exemple, les températures dans lesquelles fonctionne une pompe de circuit de refroidissement de véhicule automobile par temps très chauds. 15 Selon une autre caractéristique particulière, les deuxièmes moyens de maintien en température comprennent un groupe froid agencé pour maintenir le deuxième fluide à une température inférieure à 0°C et, de préférence, - 40°C environ. 20 Ce mode de réalisation de l'invention permet de recréer, par exemple, les températures dans lesquelles fonctionne une pompe de circuit de refroidissement de véhicule automobile après un stationnement prolongée d'un véhicule en hiver. 25 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la température d'au moins un des fluides caloporteurs des circuits secondaires est issue de l'utilisation d'un groupe froid ayant une température avoisinant -25°C associé à des modules Peltier ayant une température 30 avoisinant -40°C. Selon un autre mode de réalisation, le circuit principal est raccordé, par au moins une troisième vanne, à un troisième échangeur thermique raccordé à un troisième circuit secondaire transportant un troisième 35 fluide secondaire caloporteur. Ce troisième circuit 3062686 6 secondaire est associé à des troisièmes moyens de maintien du troisième fluide secondaire à une troisième température prédéterminée. Avantageusement, ce troisième circuit secondaire est 5 relié à un échangeur thermique relié au deuxième circuit secondaire. L'invention a également comme objet un procédé de vérification de la tenue en température d'une pompe d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule 10 automobile au moyen d'un dispositif d'essai du type précité, comprenant les étapes de raccorder la pompe au dispositif et piloter les vannes selon une séquence prédéterminée pour provoquer une succession de modification de la température du fluide de test. 15 DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures 20 annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif d'essai selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est analogue à la figure 1 et 25 représente un dispositif d'essai selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est analogue à la figure 1 et représente un dispositif d'essai selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; 30 - la figure 4 est un schéma de principe d'un bloc thermique Peltier. 35 3062686 7 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le dispositif d'essai illustré sur la figure 1 est destiné à vérifier la tenue en température d'une pompe P. 5 A cet effet, le dispositif d'essai comprend un circuit principal 1 contenant un fluide de test 2, un premier circuit secondaire 10 dans lequel circule un fluide secondaire 12, un deuxième circuit secondaire 20 dans lequel circule un fluide secondaire 22, et un 10 troisième circuit secondaire 30 dans lequel circule un fluide secondaire 32. Les fluides 12, 22, 32 sont des fluides caloporteurs, ainsi qu'ici le fluide 2. Le circuit principal 1 comporte une boucle principale ayant des extrémités pourvues de connecteur de 15 raccordement à la pompe P et à une vanne 4. Il comprend : - un premier tronçon 1.1 pourvu d'un premier échangeur thermique 13 et d'une première vanne 14 ; - un deuxième tronçon 1.2 pourvu d'un deuxième échangeur thermique 23 et d'une deuxième vanne 24 ; 20 - un troisième tronçon 1.3 pourvu d'un troisième échangeur thermique 33 et d'une troisième vanne 34. Les tronçons 1.1, 1.2, 1.3 sont reliés à la boucle principale du circuit principal 1 de part et d'autre des entrées-sorties de la vanne 4. La figure 1 illustre ainsi 25 une disposition en parallèle du premier tronçon 1.1, du deuxième tronçon 1.2 et du troisième tronçon 1.3. Bien que non illustrée, une disposition en série de ces tronçons est également possible. Les vannes 14, 24, 34 se situent respectivement en 30 amont des échangeurs thermiques 13, 23, 33 de manière à pouvoir isoler chaque tronçon 1.1, 1.2, 1.3 du circuit principal 1 les uns vis-à-vis des autres. A l'inverse, la vanne 4 permet d'obliger le fluide test à circuler dans les tronçons 1.1, 1.2, 1.3 dont les vannes 14, 24, 34 35 sont ouvertes. 3062686 8 Ainsi, pour faire circuler le fluide test à travers l'échangeur thermique 13 du premier tronçon 1.1, il convient de fermer les vannes 4, 24 et 34 et d'ouvrir la vanne 14 du premier tronçon 1.1. 5 De la même manière, pour faire circuler le fluide test à travers l'échangeur thermique 23 du deuxième tronçon 1.2, il convient de fermer les vannes 4, 14 et 34 et d'ouvrir la vanne 24 du deuxième tronçon 1.2 ; et pour faire circuler la totalité du fluide test à travers 10 l'échangeur thermique 33 du troisième tronçon 1.3, il convient de fermer les vannes 4, 14 et 24 et d'ouvrir la vanne 34 du troisième tronçon 1.3. On pourra bien évidemment faire circuler le fluide test simultanément dans plusieurs tronçons en ouvrant et 15 fermant de manière appropriée les vannes 4, 14, 24, 34 : par exemple, pour faire circuler le fluide de test simultanément dans le premier et le deuxième échangeur thermique en ouvrant les vannes 14 et 24. Si au contraire on ne souhaite pas faire circuler le 20 fluide test dans les échangeurs thermiques 13, 23, 33, on fermera alors les vannes 14, 24 et 34 en prenant garde que la vanne 4 soit en position ouverte afin de ne pas créer, sous l'action de la pompe P, une surpression dans le circuit principal pouvant endommager de manière 25 importante le dispositif si celui-ci n'est pas muni d'une sécurité appropriée. Le premier circuit secondaire 10 est relié au premier échangeur thermique 13, le deuxième circuit secondaire 20 est relié au deuxième échangeur thermique 23, et le 30 troisième circuit secondaire 30 est relié au troisième échangeur thermique 33. Le premier circuit secondaire 10 est associé à des moyens de maintien en température 15 pour maintenir le fluide secondaire 12 à une température prédéterminée Tl. 3062686 9 Le deuxième circuit secondaire 20 est associé à des moyens de maintien en température 25 pour maintenir le fluide secondaire 22 à une température prédéterminée 12. Le troisième circuit secondaire 30 est associé à des 5 moyens de maintien en température 35 pour maintenir le fluide secondaire 32 à une température prédéterminée 13. Selon une version privilégiée de l'invention, les moyens de maintien en température 15 du premier circuit secondaire 10 comporte un groupe chaud permettant au 10 fluide secondaire 12 puis au fluide test 2 d'atteindre au minimum 100°C, et de préférence 130°C. Les moyens de maintien en température 25 du deuxième circuit secondaire 20 comporte un groupe froid permettant au fluide secondaire 22 puis au fluide test 2 d'atteindre 15 une température inférieure à 0°C et ici une température de - 25°C. Les moyens de maintien en température 35 du troisième circuit secondaire 30 comporte un groupe froid permettant au fluide secondaire 32 puis au fluide test 2 d'atteindre 20 une température de préférence de -40°C. Pour limiter le coût et l'encombrement de ce groupe froid, il est prévu d'exploiter la température de - 25°C du fluide secondaire 22. A cette fin, le groupe froid des moyens de maintien en température 35, représenté à la figure 4, comprend un 25 bloc thermique, généralement désigné en 50, comprenant des modules Peltier 51 exploitant l'effet thermoélectrique ou effet Peltier. Ces modules 51 sont juxtaposés entre deux échangeurs 52, 53 dans lesquels circulent à contre-courant le deuxième fluide secondaire 30 22 et le troisième fluide secondaire 32 respectivement (figure 3). L'échangeur 52 du bloc thermique 50 est donc relié au deuxième circuit secondaire 20 pour y faire circuler le deuxième fluide secondaire 22 et l'échangeur 53 du bloc thermique 50 est relié au troisième circuit 35 secondaire 30 pour y faire circuler le troisième fluide 3062686 10 secondaire 32. Le principe de fonctionnement des modules PELTIER 51 est connu en lui-même et ne sera pas plus détaillé ici. Ainsi, un tel dispositif permet de faire circuler 5 dans le circuit principal, et donc dans la pompe P, un fluide de test 2 dont on peut maintenir la température en régulant son passage à travers les échangeurs thermiques 13, 23 et 33 par l'intermédiaire des vannes 4, 14, 24 et 34. 10 Les vannes 4, 14, 24 et 34 sont ici de type proportionnel. Elles permettent de contrôler le débit du fluide les traversant et donc de réguler plus facilement les échanges thermiques entre le fluide de test 2 et les fluides secondaires 12, 22 et 32 des circuits secondaires 15 10, 20, 30. Avantageusement, les circuits secondaires 10, 20 et 30 sont raccordés aux échangeurs thermiques 13, 23 et 33 par des vannes 16, 26 et 36. La maîtrise des échanges thermiques entre le circuit principal 1 et les circuits 20 secondaires 10, 20, 30 est alors améliorée. En manipulant astucieusement les différentes vannes équipant le dispositif de l'invention, il sera facile de refroidir ou de réchauffer le fluide de test 2 de façon à faire varier sa température dans une plage et pendant un 25 temps prédéfinis. De préférence, on amènera successivement le fluide de test 2 à chacune des températures T1, 12, 13 selon une séquence et pendant des durées prédéfinies pour correspondre à des conditions auxquelles est soumise la pompe en utilisation, ici une 30 pompe de circuit de refroidissement de véhicule automobile à titre d'exemple. A chaque démarrage suivant un arrêt prolongé, le liquide de refroidissement passe en quelques minutes seulement de la température ambiante à la température de rendement optimal du moteur. Le 35 dispositif proposé par l'invention permet ainsi de tester 3062686 11 une pompe de circuit de refroidissement en faisant varier la température du fluide qui la traverse de -40°C à 130°C en un temps prédéfini, par exemple de deux minutes. Les éléments identiques ou analogues à ceux 5 précédemment décrits porteront les mêmes références numériques augmentées d'une centaine pour le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2 et augmentées de deux centaines pour le troisième mode de réalisation de la figure 3. 10 En référence à la figure 2, et comme précédemment, le dispositif selon le deuxième mode de réalisation comprend un circuit principal 101 qui comporte une boucle principale ayant des extrémités pourvues de connecteur de raccordement à la pompe P et à une vanne 104. Il 15 comprend : - un premier tronçon 101.1 pourvu d'un premier échangeur thermique 113 et d'une première vanne 114 ; - un deuxième tronçon 101.2 pourvu d'un deuxième 20 échangeur thermique 123 et d'une deuxième vanne 124 ; - un troisième tronçon 101.3 pourvu d'un troisième échangeur thermique 133 et d'une troisième vanne 134. 25 Le premier circuit secondaire 110 est associé à des moyens de maintien en température 115 pour maintenir le fluide secondaire 112 à une température prédéterminée Tl. Le deuxième circuit secondaire 120 est associé à des moyens de maintien en température 125 pour maintenir le 30 fluide secondaire 122 à une température prédéterminée 12. Le troisième circuit secondaire 130 est associé à des moyens de maintien en température 135 pour maintenir le fluide secondaire 132 à une température prédéterminée 13. Contrairement au premier mode de réalisation, le 35 deuxième circuit secondaire 120 et le troisième circuit 3062686 12 secondaire ne sont pas relié à un même bloc thermique. Les moyens de maintien en température 135 comprennent un groupe froid classique agencé pour amener le fluide secondaire 132 directement de la température ambiante 5 jusqu'à une température avoisinant les -40°C. Ce groupe froid est néanmoins relativement coûteux et encombrant. En référence à la figure 3, et comme précédemment, le dispositif selon le troisième mode de réalisation comprend un circuit principal 201 qui comporte une boucle 10 principale ayant des extrémités pourvues de connecteur de raccordement à la pompe P, à une vanne 204.1 et à une vanne 204.2. Il comprend : - un premier tronçon 201.1 pourvu d'un premier échangeur thermique 213 et d'une première vanne 15 214 ; - un deuxième tronçon 201.2 pourvu d'un deuxième échangeur thermique 223 et d'une deuxième vanne 224. Les tronçons 201.1 et 201.2 sont reliés à la boucle 20 principale du circuit principal 201 de part et d'autre des entrées-sorties des vannes 204.1 et 204.2 respectivement. Le premier circuit secondaire 210 est associé à des moyens de maintien en température 215 pour maintenir le 25 fluide secondaire 212 à une température prédéterminée Tl. Le deuxième circuit secondaire 220 est associé à des moyens de maintien en température 225 pour maintenir le fluide secondaire 222 à une température prédéterminée 12. On notera qu'il n'y a pas de troisième circuit 30 secondaire de sorte que la pompe P ne peut être testée que pour deux températures. L'invention n'est bien entendu pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les 35 revendications. 3062686 13 Les moyens de maintien en température peuvent notamment être agencés pour autoriser des températures différentes de celles mentionnées. Les moyens de maintien en température peuvent aussi 5 être agencés pour maintenir les fluides secondaires à une température très inférieure ou supérieure à celle à laquelle on souhaite amener le fluide de test. En variante, le dispositif conforme à l'invention peut comprendre des moyens de maintien en température 10 comportant soit un groupe chaud soit un groupe froid, ou deux groupes froids par exemple. Le nombre de circuits secondaires peut être modifié. REVENDICATIONS1. Dispositif d'essai de tenue en température d'une pompe comportant un circuit principal qui est pourvu de moyens de raccordement à la pompe à tester et qui est destiné à contenir un fluide de test, le circuit principal étant raccordé : - par au moins une première vanne à un premier échangeur thermique raccordé à un premier circuit secondaire transportant un premier fluide caloporteur, le premier circuit secondaire étant associé à des premiers moyens de maintien du premier fluide secondaire à une première température prédéterminée, - par au moins une deuxième vanne a un deuxième échangeur thermique raccordé à un deuxième circuit secondaire transportant un deuxième fluide caloporteur, le deuxième circuit secondaire étant associé à des deuxièmes moyens de maintien du deuxième fluide secondaire à une deuxième température prédéterminée. 2. Dispositif d'essai selon la revendication 1, dans 20 lequel les vannes de raccordement du circuit principal aux échangeurs thermiques sont de type proportionnel. 3. Dispositif d'essai selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel les circuits secondaires sont isolés des échangeurs thermiques via 25 des vannes. 4. Dispositif d'essai selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel les premiers moyens de maintien en température comprennent un groupe chaud agencé pour maintenir le premier fluide à une 30 température supérieure à 100°C et, de préférence, 130°C environ. 5. Dispositif d'essai selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes moyens de maintien en température comprennent un groupe 35 froid agencé pour maintenir le deuxième fluide à une 3062686 15 température inférieure à 0°C et, de préférence, -40°C environ. 6. Dispositif d'essai selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la température d'au moins un des fluides 5 caloporteurs des circuits secondaires est issue de l'utilisation d'un groupe froid avoisinant -25°C associé à des modules Peltier avoisinant -40°C. 7. Dispositif d'essai selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le circuit 10 principal est raccordé, par au moins une troisième vanne, à un troisième échangeur thermique raccordé à un troisième circuit secondaire transportant un troisième fluide caloporteur, le troisième circuit secondaire étant associé à des troisième moyens de maintien du troisième 15 fluide secondaire à une troisième température prédéterminée. 8. Dispositif d'essai selon la revendication 7, dans lequel le troisième circuit secondaire est relié à un échangeur thermique relié au deuxième circuit secondaire. 9. Procédé de vérification de la tenue en température d'une pompe d'un circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile utilisant un dispositif d'essai selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'étape de piloter les vannes selon une séquence prédéterminée pour provoquer une succession de modification de la température du fluide de test alors que la pompe est en fonctionnement.