Brevet FR3079559A1 — publié le 20191004

BOÎTIER DE SORTIE D'EAU ET DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE D'UN GROUPE MOTOPROPULSEUR DE VÉHICULE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de l'automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un boîtier de sortie d'eau et un dispositif de 5 gestion thermique l'incorporant, dans un groupe motopropulseur à moteur thermique d'un véhicule de transport. [2] Dans un véhicule, le dispositif de gestion thermique a à charge essentiellement le refroidissement du groupe motopropulseur à moteur thermique et le chauffage de l'habitacle. Le boîtier de sortie de liquide caloporteur, dit boîtier BSE pour « Boîtier de 10 Sortie d'Eau », est un organe essentiel du dispositif de gestion thermique et permet de commander la circulation et les débits d'un liquide caloporteur dans le bloc moteur du groupe motopropulseur et dans des moyens d'échange thermique. [3] Comme montré de manière simplifiée à la Fig.1, dans un groupe motopropulseur d'architecture classique 1, comprenant un bloc de moteur thermique 10, le dispositif de 15 gestion thermique comprend un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris essentiellement un boîtier BSE 12, des moyens d'échange thermique 13 et 14, un collecteur d'entrée d'eau 100 et une pompe à eau 110. Les moyens d'échange thermique 13 et 14 sont respectivement un aérotherme et l'échangeur thermique de refroidissement moteur. Différents autres dispositifs tels qu'un ou plusieurs échangeurs de 20 refroidissement de l'huile de lubrification du moteur thermique, de la boîte de vitesses, des carter et paliers d'un turbocompresseur, etc., sont également inclus de manière classique dans un groupe motopropulseur et ne sont pas représentés afin de simplifier l'exposé. [4] Le boîtier BSE 12 est raccordé par des conduits à l'aérotherme 13, l'échangeur 14, le collecteur d'entrée d'eau 100 et la pompe à eau 110. Un tuyau de dérivation 101, dit 25 « tuyau de by-pass », raccorde une sortie du boîtier BSE 12 et une entrée du collecteur d'entrée d'eau 100 du bloc moteur 10. La pompe à eau 110 force la circulation du liquide caloporteur, montrée par des flèches à la Fig.1, dans le dispositif de gestion thermique. Le boîtier BSE 12 recueille, par une entrée principale E1, le débit de liquide caloporteur du bloc moteur 10 en provenance de la culasse de celui-ci. Le boîtier BSE 12 assure la 30 répartition du liquide caloporteur recueilli vers l'échangeur 14 pour le refroidissement du liquide caloporteur et vers l'aérotherme 13 pour le réchauffement de l'habitacle du véhicule. 2 [5] Différents types de boîtier BSE sont connus dans la technique antérieure, à savoir, les boîtiers BSE avec un thermostat simple ou un thermostat à double effet et ceux avec un pilotage ou sans pilotage. Comme visible aux Figs.2A et 2B, qui montrent de manière simplifiée un boîtier BSE 12 avec un thermostat à double effet, l'architecture connue du boîtier BSE comprend deux chambres CH1 et CH2. Le thermostat à double effet 120 est logé dans la chambre CH1. Un clapet pressostatique 121 est monté dans un passage inter-chambre entre les chambres CH1 et CH2 pour commander la circulation de liquide caloporteur entre celles-ci. [6] Dans l'état de fonctionnement du boîtier BSE 12 représenté à la Fig.2A, le bloc moteur 10 est froid après un démarrage du moteur et la température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil de température du thermostat 120. Le thermostat 120 ferme une sortie S1 de la chambre CH1 vers l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14. La pression dans la chambre CH1 est basse et le clapet pressostatique 121 est fermé. Dans cet état, le boîtier BSE 12 n'autorise la circulation du liquide caloporteur (flèche C1) qu'entre l'entrée principale El et une sortie S2 de la chambre CH1 vers l'aérotherme 13. Le liquide caloporteur circule alors en boucle dans le bloc moteur 10, en passant dans l'aérotherme 13, le tube de by-pass 101, le collecteur d'entrée d'eau 100 et la pompe à eau 110, de manière à favoriser la montée en température du bloc moteur 10 et de permettre aussi un réchauffement de l'habitacle du véhicule. Lorsque la pression augmente dans la chambre CH1, avec une montée du régime moteur, le clapet pressostatique 121 s'ouvre et laisse passer un débit de liquide caloporteur (flèche C2) dans la chambre CH2, débit qui est dirigé directement vers le bloc moteur 10, à travers une sortie S3 de la chambre CH2, le tube de by-pass 101 et le collecteur d'entrée d'eau 100. [007] Dans l'état de fonctionnement du boîtier BSE 12 représenté à la Fig.2B, le bloc moteur 10 est chaud et la température du fluide caloporteur est supérieure au seuil de température du thermostat 120. Le thermostat 120 est alors ouvert et autorise la circulation (flèches C3 et C4) du liquide caloporteur dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14, à travers la sortie S1 et une entrée E2 de la chambre CH2, de manière à permettre le refroidissement du bloc-moteur 10. Le liquide caloporteur circule aussi (flèche C5) à traverser l'aérotherme 13 pour chauffer l'habitacle. Lorsque le thermostat 120 est complètement ouvert, le passage inter-chambre entre les chambres CH1 et CH2 est condamné par celui-ci et aucune circulation du liquide caloporteur dans le bloc-moteur 10, sans passage par les moyens d'échange thermique 13, 14, n'est possible (parfois une légère fuite calibrée est prévue pour laisser passer du débit afin de réduire les pressions dans le circuit à fort régime). 3 [008] Dans le boîtier BSE décrit ci-dessus, lorsque le thermostat est ouvert (état de la Fig.2B), il a été constaté par l'entité inventive que le débit dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur est pénalisé par un débit trop important dans l'aérotherme, ce qui limite la capacité à refroidir le moteur thermique. 5 [009] Pour résoudre l'inconvénient ci-dessus, il est connu d'utiliser un boîtier BSE avec commande électrique, dit « boîtier BSE à commande variable ». Cependant, un boîtier BSE de ce type est sensiblement plus coûteux que les boîtiers BSE classiques et présente un encombrement supérieur qui ne facilite pas l'intégration du boîtier sous le capot moteur du véhicule. 10 [0010] Il est souhaitable d'apporter une solution au problème exposé ci-dessus, en fournissant un boîtier BSE perfectionné et économique qui autorise un refroidissement thermique plus performant d'un groupe motopropulseur à moteur thermique dans un véhicule. [0011] Selon un premier aspect, l'invention concerne un boîtier de sortie d'eau d'un 15 dispositif de gestion thermique dans un groupe motopropulseur de véhicule, le boîtier de sortie d'eau étant du type comprenant des première et deuxième chambres de circulation de liquide caloporteur, un thermostat à double effet logé dans la première chambre et un premier clapet pressostatique monté dans un premier passage inter-chambre. Conformément à l'invention, le boîtier de sortie d'eau comprend également une chambre 20 intermédiaire de circulation de liquide caloporteur entre les première et deuxième chambres, la chambre intermédiaire comprenant une sortie de raccordement à un aérotherme du dispositif de gestion thermique, et un deuxième clapet pressostatique monté dans un deuxième passage inter-chambre entre la première chambre et la chambre intermédiaire. 25 [0012] La présente invention présente l'avantage d'une réalisation économique, le surcout par rapport à un boîtier de sortie d'eau de la technique antérieure étant principalement induit par le clapet pressostatique supplémentaire qui est peu onéreux. Le boîtier de sortie d'eau selon l'invention peut permettre d'éviter le besoin d'un échangeur thermique de refroidissement moteur de catégorie supérieure et/ou la reconception de la 30 façade avant du véhicule intégrant l'échangeur thermique et le groupe moto-ventilateur. [0013] Selon une caractéristique particulière, la deuxième chambre comprend une sortie de liquide caloporteur de raccordement à un collecteur d'entrée d'eau et le premier passage inter-chambre dans lequel est monté le premier clapet pressostatique est agencé entre la deuxième chambre et la chambre intermédiaire. 4 [0014] Selon une autre caractéristique particulière, les premier et deuxième clapets pressostatiques sont tarés à des premier et deuxième seuils de pression différents. [0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, le thermostat à double effet est de type piloté. On notera que l'invention s'applique aussi aux boitiers de sortie d'eau 5 avec thermostat non piloté. [0016] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un dispositif de gestion thermique d'un groupe motopropulseur d'un véhicule, le groupe motopropulseur incluant un moteur thermique, comportant un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris un boîtier de sortie d'eau, un échangeur thermique de refroidissement 10 moteur, un aérotherme, un collecteur d'entrée d'eau et une pompe à eau, dans lequel le boîtier de sortie d'eau est un boîtier tel que décrit brièvement ci-dessus. [0017] L'invention concerne aussi un véhicule comprenant un groupe motopropulseur à moteur thermique et un dispositif de gestion thermique tel que décrit brièvement ci-dessus. [0018] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus 15 clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'une forme de réalisation particulière de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig.1 est un schéma simplifié d'un groupe motopropulseur à moteur thermique comprenant un boîtier de sortie d'eau inclut dans son dispositif de gestion thermique ; - les Fig.2A à 2B sont des schémas simplifiés d'un boîtier de sortie d'eau selon la 20 technique antérieure, dans deux états de fonctionnement différents ; - les Fig.3A à 3C sont des schémas simplifiés d'un boîtier de sortie d'eau selon l'invention, dans trois états de fonctionnement différents ; et - la Fig.4 montre des courbes de résultats d'essais du débit de liquide caloporteur dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur en fonction du régime moteur, avec 25 un boîtier de sortie d'eau de la technique antérieure et un boîtier de sortie d'eau selon l'invention. [0019] Comme montré aux Figs.3A à 3C, l'architecture du boîtier BSE selon l'invention, repéré 15, se distingue de celle du boîtier BSE 12 de la technique antérieure en ce qu'il est prévu une chambre intermédiaire CH3 et un clapet pressostatique supplémentaire, 30 repéré 152. 5 [0020] Plus précisément, le boîtier BSE 15 comprend essentiellement un thermostat à double effet 150, les deux chambres CH1, CH2 et la chambre intermédiaire CH3, et des premier et deuxième clapets pressostatiques 151 et 152. [0021] Les premier et deuxième clapets pressostatiques 151 et 152 sont montés dans 5 des passages inter-chambre P32 et P1 3b entre les chambres CH3, CH2 et entre les chambres CH1, CH3, respectivement, pour commander la circulation de liquide caloporteur entre celles-ci. Le thermostat à double effet 150 est logé dans la chambre CH1 et commande la circulation de liquide caloporteur à travers la sortie S1 de la chambre CH1 vers l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14 et à travers un passage inter-10 chambre P13a entre les chambres CH1 et CH3. [0022] Dans l'état de fonctionnement du boîtier BSE 15 représenté à la Fig.3A, le bloc moteur 10 est froid, après un démarrage du moteur, et la température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil de température du thermostat 150. Le thermostat 150 ferme la sortie S1 de la chambre CH1 vers l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14 et 15 laisse ouvert le passage inter-chambre P13a entre les chambres CH1 et CH3. Lorsque la pression dans les chambres CH1 et CH3 est basse, les clapets pressostatique 151 et 152 sont fermés. Dans cet état, le boîtier BSE 15 n'autorise la circulation du liquide caloporteur (flèche F1), à travers le passage inter-chambre P13a, qu'entre l'entrée principale El et une sortie S2 de la chambre CH3 vers l'aérotherme 13. Le liquide caloporteur circule alors 20 en boucle dans le bloc moteur 10, en passant dans l'aérotherme 13, le tube de by-pass 101, le collecteur d'entrée d'eau 100 et la pompe à eau 100, de manière à favoriser la montée en température du bloc moteur 10 et de permettre aussi un réchauffement de l'habitacle du véhicule. [0023] Lorsque la pression augmente dans les chambres CH1 et CH3, avec une montée 25 du régime moteur, le clapet pressostatique 151, taré à une pression de seuil PS1, s'ouvre et laisse passer un débit de liquide caloporteur (flèche F2) dans la chambre CH2, débit qui est dirigé directement vers le bloc moteur 10, à travers une sortie S3 de la chambre CH2, le tube de by-pass 101 et le collecteur d'entrée d'eau 100. Le clapet pressostatique 152 est taré à une pression de seuil PS2, différente de la pression de seuil PS1 du clapet 30 pressostatique 151, et reste fermé. [0024] Dans l'état de fonctionnement du boîtier BSE 15 représenté à la Fig.3B, le bloc moteur 10 est chaud et la température du fluide caloporteur devient supérieure au seuil de température du thermostat 150. Le thermostat 150 ouvre progressivement la sortie S1 et autorise la circulation du liquide caloporteur (flèches F3 et F4) dans l'échangeur thermique 6 de refroidissement moteur 14, à travers la sortie S1 de la chambre CH1 et une entrée E2 de la chambre CH2. [0025] Au fur et à mesure que le thermostat 150 s'ouvre, le passage inter-chambre P13a entre les chambres 1 et 3 se ferme et la circulation de liquide caloporteur (flèche F5) vers 5 l'aérotherme 13 est ainsi limité. Le liquide caloporteur chaud provenant du moteur par l'entrée El s'écoule en grande partie vers l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14. Lorsque le régime moteur s'accroit et que la pression dans la chambre CH1 devient supérieure au seuil de pression PS2 du clapet pressotatique 152, celui-ci autorise le passage d'un débit de liquide caloporteur (flèche F6a) vers la sortie S2 et l'aérotherme 10 13 et limite consécutivement la pression dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14. Lorsque régime moteur s'accroit davantage et que la pression dans la chambre CH3 devient supérieure au seuil de pression PS1, le clapet pressostatique 151 s'ouvrira également (flèche F6b) pour limiter la pression dans l'aérotherme 13. [0026] Ainsi, par rapport au boîtier BSE 12 de la technique antérieure, l'invention permet, 15 lorsque le moteur est chaud, une réduction du débit de liquide caloporteur dans l'aérotherme 13 qui, consécutivement, profite au débit de liquide caloporteur dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14. [0027] Dans l'état de fonctionnement du boîtier BSE 15 représenté à la Fig.3C, le bloc moteur 10 est chaud et le thermostat 150 est maintenant totalement ouvert. Le liquide 20 caloporteur (flèches F7 et F8) provenant du moteur par l'entrée El s'écoule vers l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14, à travers la sortie S1 de la chambre CH1 et l'entrée E2 de la chambre CH2. Le passage inter-chambre P1 3a est totalement fermé et la circulation du liquide caloporteur vers la sortie S2 et l'aérotherme 13 ne peut intervenir qu'à travers le clapet pressostatique 152. Lorsque le régime moteur est élevé et 25 que la pression dans la chambre CH1 est supérieure au seuil de pression PS2 du clapet pressotatique 152, le clapet pressotatique 152 est ouvert, limite la pression dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur 14 et autorise le passage d'un débit de liquide caloporteur (flèche F9) vers la sortie S2 et l'aérotherme 13 pour le chauffage de l'habitacle du véhicule. Lorsque le régime moteur s'accroit davantage et que la pression 30 dans la chambre CH3 devient supérieure au seuil PS1, le clapet pressostatique 151 s'ouvrira également (flèche 10) pour limiter la pression dans l'aérotherme 13. [0028] Les courbes C15 et C12 de la Fig.4 montrent des résultats d'essais réalisés par l'entité inventive. Les courbes C15 et C12 représentent l'évolution du débit de liquide caloporteur D dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur en fonction du 35 régime moteur RPM pour le boîtier BSE selon l'invention et le boîtier BSE de la technique 7 antérieure, respectivement. Comme visible à la Fig.4, dans cette forme de réalisation particulière, un gain de débit GD de l'ordre de 20% à 5000 tr/mn a pu être obtenu dans l'échangeur thermique de refroidissement moteur, ce qui permet un accroissement de l'ordre de 7% du flux thermique évacué par l'échangeur thermique de refroidissement 5 moteur, relativement à ce qu'il est possible d'obtenir REVENDICATIONS1. Boîtier de sortie d'eau (15) d'un dispositif de gestion thermique dans un groupe motopropulseur (1) de véhicule, ledit boîtier de sortie d'eau (15) étant du type comprenant des première et deuxième chambres de circulation de liquide caloporteur (CH1, CH2), un thermostat à double effet (150) logé dans ladite première chambre (CH1) et un premier clapet pressostatique (151) monté dans un premier passage inter-chambre (P32), caractérisé en ce qu'il comprend également une chambre intermédiaire de circulation de liquide caloporteur (CH3) entre lesdites première et deuxième chambres (CH1, CH2), ladite chambre intermédiaire (CH3) comprenant une sortie (S2) de raccordement à un aérotherme (13) dudit dispositif de gestion thermique, et un deuxième clapet pressostatique (152) monté dans un deuxième passage inter-chambre (P13b) entre ladite première chambre (CH1) et ladite chambre intermédiaire (CH3). 2. Boîtier de sortie d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième chambre (CH1) comprend une sortie (S3) de liquide caloporteur de raccordement à un collecteur d'entrée d'eau (100) et ledit premier passage inter-chambre (P32) dans lequel est monté ledit premier clapet pressostatique (151) est agencé entre ladite deuxième chambre (CH2) et ladite chambre intermédiaire (CH3). Boîtier de sortie d'eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième clapets pressostatiques (151, 152) sont tarés à des premier et deuxième seuils de pression (PS1, PS2) différents. Boîtier de sortie d'eau selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que ledit thermostat à double effet (150) est de type piloté. Dispositif de gestion thermique d'un groupe motopropulseur (1) d'un véhicule, ledit groupe motopropulseur (1) incluant un moteur thermique (10), comportant un circuit de circulation de liquide caloporteur dans lequel sont compris un boîtier de sortie d'eau (15), un échangeur thermique de refroidissement moteur (14), un aérotherme (13), un collecteur d'entrée d'eau (100) et une pompe à eau (110), caractérisé en ce ledit boîtier de sortie d'eau est un boîtier de sortie d'eau (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Véhicule comprenant un groupe motopropulseur (1) à moteur thermique (10) et un dispositif de gestion thermique, caractérisé en ce que ledit dispositif de gestion thermique est un dispositif de gestion thermique selon la revendication 5.3. 4. 5.30