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RESERVOIR POUR LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT DE MOTEUR
THERMIQUE ET POUR LUBRIFIANT MOTEUR ET/OU DE
TRANSMISSION, ET CIRCUIT L'INCORPORANT.
La présente invention concerne un réservoir de stockage d'un
liquide de refroidissement et d'un lubrifiant du moteur et/ou de transmission
pour un moteur thermique de véhicule à moteur, ainsi qu'un circuit pour le
refroidissement et la régulation thermique de ce moteur. L'invention
s'applique
d'une manière générale au contrôle de la température du liquide de
refroidissement et du lubrifiant moteur et/ou de transmission pour tous
véhicules à moteur incorporant un moteur thermique à combustion interne
(notamment pour des véhicules terrestres pouvant être automobiles, par
exemple de type tourisme ou poids-lourd, ferroviaires, maritimes ou fluviaux),
ainsi qu'à des véhicules hybrides incorporant en outre un moteur électrique ou
une batterie d'accumulateurs notamment pour le préchauffage du moteur
thermique d'un véhicule hybride (avec démarrage sur moteur électrique,
préchauffage du moteur thermique puis démarrage du moteur thermique),
pour le préchauffage de l'habitacle ou de tout autre organe ou système d'un
véhicule (par exemple la batterie ou les systèmes électroniques).
On connaît par les documents US-A-6 102 103 et US-B2-8
191 618 de réchauffer le liquide de refroidissement d'un moteur thermique de
véhicule automobile, en vue du démarrage à froid du véhicule, au moyen d'un
réservoir à paroi externe thermiquement isolante rempli de matériaux à
changement de phase (MCP) au contact d'un échangeur thermique à tubes
munis d'ailettes.
Un inconvénient majeur des circuits de refroidissement et de
régulation thermique existants réside dans l'absence de moyens permettant
de contrôler de manière simple et efficace la température du lubrifiant moteur
et de transmission utilisés pour les moteurs thermiques ou de réchauffer ces
lubrifiants en même temps que le liquide de refroidissement.
Un but de la présente invention est de proposer un réservoir
adapté pour stocker un liquide de refroidissement d'un moteur thermique d'un
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véhicule à moteur au sein d'un circuit de refroidissement et de régulation
thermique du moteur, réservoir qui remédie notamment à cet inconvénient en
permettant notamment de maintenir le liquide de refroidissement et les
lubrifiants moteur et/ou de transmission à une température homogène et de
préchauffer ces fluides à une ou des température(s) déterminée(s) que le
moteur soit chaud ou froid, le réservoir étant délimité par une paroi externe
thermiquement isolante comportant une entrée et une sortie pour ce liquide, le
réservoir comprenant à l'intérieur de la paroi des moyens de chauffage qui
sont aptes à préchauffer ce liquide en vue du démarrage à froid du véhicule.
lo A cet effet, un réservoir selon l'invention comprend un premier
compartiment pour le liquide de refroidissement qui est pourvu de ladite
entrée et de ladite sortie, et au moins un autre compartiment qui est adapté
pour stocker un lubrifiant du moteur ou un lubrifiant de transmission (i.e. un
autre compartiment pour l'huile moteur et/ou un autre compartiment distinct
pour l'huile de transmission) et qui est séparé du premier compartiment par
une cloison étanche en une zone inférieure dudit premier compartiment, ledit
premier compartiment et ledit au moins un autre compartiment contenant
chacun au moins un moyen de chauffage local à titre de moyens de
chauffage.
Par cloison étanche , on entend dans la présente
description une cloison parfaitement étanche aux divers fluides situés de part
et d'autre de cette cloison. Concrètement, la cloison étanche séparant ledit
au
moins un autre compartiment et ledit premier compartiment est étanche au
liquide de refroidissement et au lubrifiant du moteur ou de transmission.
Selon un exemple avantageux de réalisation de l'invention,
ledit au moins un moyen de chauffage local comprend au moins un matériau à
changement de phase (MCP), étant précisé que ce moyen de chauffage local
peut varier d'un compartiment à un autre.
On notera toutefois que d'autres moyens de chauffage local
sont utilisables en variante ou en plus des MCP, comme par exemple par voie
chimique et/ou par des matériaux réfractaires, à titre non limitatif.
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A titre de matériau(x) à changement de phase utilisable(s)
dans un réservoir selon l'invention, on peut citer à titre exemplatif et
nullement
limitatif des acide gras, tel que l'acide stéarique, étant précisé que l'on
peut
utiliser un mélange de plusieurs acides gras saturés et/ou insaturés
comprenant par exemple de l'acide stéarique. On notera toutefois que des
MCP par exemple choisis parmi des sels hydratés ou métalliques, des
paraffines et/ou des polyoléfines sont également utilisables.
On notera que l'inclusion de ce réservoir monobloc cloisonné
selon l'invention dans un circuit de refroidissement et de régulation
thermique
du moteur permet une régulation thermique satisfaisante du réchauffement du
liquide de refroidissement, du lubrifiant du moteur et/ou du lubrifiant de
transmission lors du redémarrage du véhicule par ce moteur thermique. En
effet, après que le moteur thermique a été arrêté, le liquide de
refroidissement
reste pendant un certain temps à une température relativement élevée
d'environ 70 à 90 C, ce qui fait que le ou chaque MCP fondu libère de la
chaleur dans le fluide correspondant, lequel est ainsi déjà relativement chaud
lorsqu'on redémarre le moteur thermique. Il en résulte notamment une
réduction des émissions de gaz carbonique à l'échappement et de la
surconsommation de carburant, en comparaison de ce que l'on observe avec
un moteur froid. De la même manière, le réchauffement de l'huile moteur et/ou
de l'huile de transmission permet un fonctionnement optimisé du
fonctionnement du moteur thermique du véhicule.
On notera également qu'un réservoir selon l'invention peut
incorporer des moyens auxiliaires de chauffage ou de préchauffage du liquide
de refroidissement et éventuellement du lubrifiant moteur et/ou du lubrifiant
qui sont autres que ledit au moins un matériau à changement de phase, ces
moyens auxiliaires comprenant par exemple des résistances électriques
directement logées dans ledit premier compartiment pour (pré)chauffer le
liquide de refroidissement et/ou dans l'autre ou les autres compartiment(s)
pour (pré)chauffer le lubrifiant moteur et/ou le lubrifiant de transmission.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit premier
compartiment peut s'étendre au moins en partie selon une direction
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sensiblement verticale et ledit au moins un autre compartiment peut s'étendre
globalement en dessous dudit premier compartiment selon une direction
sensiblement horizontale.
Selon un mode particulièrement avantageux de réalisation de
l'invention, le réservoir comprend deux dits autres compartiments qui sont
respectivement constitués d'un premier autre compartiment adapté pour
stocker ledit lubrifiant du moteur et d'un second autre compartiment adapté
pour stocker ledit lubrifiant de transmission, qui contiennent chacun ledit au
moins un matériau à changement de phase et qui sont séparés l'un de l'autre
par une autre cloison étanche.
Comme expliqué ci-dessus en référence à ladite cloison
étanche, ladite autre cloison étanche est étanche à la fois au lubrifiant de
transmission et au lubrifiant du moteur.
On notera que l'intégration d'un réservoir selon l'invention au
compartiment moteur permet de conserver la quantité de fluides (i.e.
lubrifiant
du moteur et lubrifiant de transmission) à un volume quasi constant, par
rapport à un compartiment moteur non équipé de ce réservoir de l'invention.
Encore plus avantageusement, ledit premier autre
compartiment et/ou ledit second autre compartiment peuvent être séparés
dudit premier compartiment par ladite cloison étanche qui est formée en une
face inférieure dudit premier compartiment, le réservoir pouvant présenter
globalement une forme de L ou une forme de T retourné.
De préférence, ladite autre cloison étanche est sensiblement
perpendiculaire à ladite première cloison étanche.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite cloison
étanche et ladite autre cloison étanche peuvent être chacune adaptées pour
réaliser des ponts thermiques de sorte à maintenir le liquide de
refroidissement, ledit lubrifiant du moteur et ledit lubrifiant de
transmission à
au moins une température homogène.
Avantageusement, ladite cloison étanche et ladite autre
cloison étanche peuvent présenter des perméabilités thermiques adaptées
pour réaliser ces ponts thermiques (i.e. lesquels sont obtenus par la
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conception et les matériaux des cloisons) et/ou des caloducs traversant ces
cloisons (i.e. ces ponts thermiques sont obtenus par ces caloducs qui
permettent l'échange de chaleur entre compartiments).
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit premier
5 compartiment et ledit au moins un autre compartiment peuvent être
respectivement pourvus de structures de support dudit au moins un matériau
à changement de phase, ces structures de support pouvant être solidaires de
ladite paroi externe et étant compatibles avec ledit liquide de
refroidissement
et avec ledit lubrifiant du moteur et/ou ledit lubrifiant de transmission.
Avantageusement, lesdites structures de support peuvent
comprendre des tubes creux à extrémités fermées contenant ledit au moins
un matériau à changement de phase.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le réservoir
peut comprendre en outre des moyens formant vase d'expansion et de
dégazage qui sont situés en une zone supérieure du réservoir formée au-
dessus dudit premier compartiment.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite paroi
externe du réservoir peut comprendre deux enveloppes et un aérogel super
isolant thermique disposé entre ces enveloppes et optionnellement combiné à
du vide.
En variante de cet aérogel, on notera que l'isolation thermique
peut être réalisée entre ces deux enveloppes par du vide, un isolant
thermique simple et/ou un revêtement réfléchissant les rayonnements.
On notera toutefois que d'autres structures de paroi externe
super isolantes peuvent être utilisées, pour que le liquide de
refroidissement,
le lubrifiant du moteur et éventuellement le lubrifiant de transmission soient
parfaitement isolés thermiquement de l'environnement extérieur au réservoir.
Avantageusement, ladite paroi externe peut présenter au
moins en partie une section transversale arrondie, par exemple circulaire, lui
conférant une géométrie de révolution (e.g. cylindrique ou sphérique).
On notera que cette géométrie particulière du réservoir de
l'invention permet avantageusement de lui conférer une résistance
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satisfaisante aux pressions négatives résultant d'une aspiration ou mise sous
vide.
Un circuit selon l'invention pour le refroidissement et la
régulation thermique d'un moteur thermique d'un véhicule à moteur comprend
s essentiellement le moteur thermique, un boîtier thermostatique relié à un
système de chauffage, un réservoir de liquide de refroidissement relié par une
boucle à ce moteur et à ce boîtier et un radiateur de ce moteur, et le circuit
est
caractérisé en ce que ce réservoir est tel que défini ci-dessus.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit premier
compartiment peut être localisé à l'arrière et sur sensiblement toute la
hauteur
du moteur thermique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins
un autre compartiment peut être localisé en dessous et sur au moins une
partie de la longueur du moteur thermique.
Les fluides stockés dans le réservoir selon l'invention peuvent
rejoindre leur confinement par gravité, des organes de mise en mouvement
tels que des pompes de relevage pouvant être utilisés le cas échéant pour les
replacer ailleurs dans leurs circuits respectifs.
Comme indiqué dans le préambule de la présente description,
on notera que le liquide de refroidissement stocké dans un réservoir de
l'invention et circulant dans ledit circuit de refroidissement et de
régulation
thermique peut en outre servir à refroidir un moteur électrique ou une
batterie
d'accumulateurs équipant un véhicule à moteur hybride.
D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente
invention ressortiront à la lecture de la description suivante de plusieurs
exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non
limitatif,
ladite description étant réalisée en référence avec les dessins joints, parmi
lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en section verticale dans
un plan longitudinal d'un véhicule automobile s'étendant de l'arrière à
l'avant
de son compartiment moteur, d'un réservoir selon un exemple de l'invention
comprenant un premier compartiment et deux autres compartiments contigus,
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la figure 2 est une vue latérale (de gauche) du compartiment
moteur selon une variante de l'invention telle que visible à la figure 3,
la figure 3 est une vue en perspective latérale et de dessus de
l'avant du compartiment moteur de la figure 2,
la figure 4 est une vue de dessus du compartiment moteur de
la figure 3,
la figure 5 est une vue de l'arrière du compartiment moteur de
la figure 3,
la figure 6 est une vue de dessous du compartiment moteur
de la figure 3,
la figure 7 est un diagramme à blocs schématique d'un circuit
de refroidissement et de régulation thermique, montrant son fonctionnement
lors d'un démarrage avec un réservoir de liquide de refroidissement froid,
la figure 8 est un diagramme à blocs schématique du circuit
de refroidissement selon la figure 7, montrant son fonctionnement lors d'un
démarrage avec ce réservoir de liquide de refroidissement qui est chaud et en
fonctionnement à une température inférieure à 100 C,
la figure 9 est un diagramme à blocs schématique du circuit
de refroidissement selon la figure 7, montrant son fonctionnement lors d'un
démarrage avec le réservoir de liquide de refroidissement qui est chaud et en
fonctionnement à une température supérieure à 100 C, et
la figure 10 est un diagramme à blocs schématique d'un
circuit de refroidissement selon l'invention, montrant son fonctionnement lors
d'un démarrage avec un réservoir de l'invention qui est froid et en outre la
régulation thermique de la température du lubrifiant du moteur procurée par
ce réservoir.
Le réservoir 1 monobloc illustré à la figure 1 est délimité par
une paroi externe 2 formant sensiblement en section verticale un T
asymétrique inversé, avec :
- dans sa partie verticale formant le jambage du T et située à
l'arrière du compartiment moteur à l'intérieur du capot du véhicule, un
premier
compartiment 3 contenant le liquide de refroidissement du moteur thermique
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du véhicule, présentant une entrée 31 et une sortie 32 pour le liquide et muni
de moyens de (pré)chauffage local 3a de ce liquide, et
- dans sa partie horizontale formant le sommet retourné du T
et s'étendant de l'arrière à l'avant du compartiment moteur, deux autres
compartiments 4 et 5 qui présentent chacun une entrée 41, 51 et une sortie 42,
52 et qui sont respectivement munis de moyens de (pré)chauffage local 4a et
5a dont un compartiment arrière 4 contenant l'huile moteur et un
compartiment avant 5 contenant l'huile de transmission.
Optionnellement, chaque entrée 41, 51 est pourvue d'une
électrovanne pour transférer l'huile correspondante vers le compartiment 4, 5
après l'arrêt du moteur, par gravité. Egalment à titre optionnel, chaque
sortie
42, 52 est pourvue de moyens de réinjection de l'huile concernée dans le
circuit d'huile correspondant, tels qu'une pompe de relevage munie de durites.
Selon l'invention, le premier compartiment 3 est séparé de
manière étanche par une cloison horizontale 6 étanche des compartiments 4
et 5, lesquels sont séparés l'un de l'autre par une cloison verticale 7
étanche.
Quant aux moyens de (pré)chauffage local 3a, 4a, 5a, ils comprennent
chacun par exemple un ou des matériau(x) à changement de phase (MCP)
3a, 4a, 5a éventuellement combinés à d'autres moyens de (pré)chauffage
auxiliaires tels que des résistances électriques. Ces MCP 3a, 4a, 5a sont
avantageusement supportés par des tubes creux 3b, 4b, 5b à extrémités
fermées solidaires de la face interne de la paroi 2 dans chacun des trois
compartiments étanches 3, 4 et 5 (ces tubes recevant les MCP ne sont
montrés que partiellement au schéma de la figure 1).
De plus, le réservoir 1 comprend dans cet exemple de la
figure 1 un vase d'expansion et de dégazage 8 qui surmonte le compartiment
supérieur 3 et qui est séparé de ce dernier par une cloison 9.
Dans la variante des figures 2 à 6, le réservoir 1' selon
l'invention a sa paroi externe 2' qui présente plutôt sensiblement une forme
de
L (ou de T inversé asymétrique), comme visible à la figure 2 avec, à l'arrière
du compartiment moteur, le premier compartiment 3' contenant le liquide de
refroidissement qui s'étend globalement verticalement à partir d'un vase
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d'expansion et de dégazage 8' jusqu'au compartiment 4' contenant l'huile
moteur (ce vase d'expansion 8' est séparé du compartiment 3' par une cloison
9'). Ce compartiment 4' est séparé du compartiment 3' par une cloison
horizontale 6' étanche et s'étend globalement horizontalement d'arrière en
avant jusqu'au compartiment avant 5' contenant l'huile de transmission dont il
est séparé par une autre cloison étanche 7' sensiblement verticale.
On notera que la transmission (comprenant la boîte de
vitesses) n'est pas visible sur le compartiment moteur des figures 2 à 6 pour
des raisons de clarté, mais que cette transmission se trouve en réalité dans
le
prolongement du moteur 10 au-dessus du compartiment 5'.
En référence à l'exemple de la figure 1 et à la variante selon
l'invention des figures 2 à 6, l'ensemble des cloisons 6, 7, 9 ou 6', 7', 9'
que
comprend le réservoir 1, 1' sont adaptées pour ménager des ponts
thermiques (voir les flèches à deux pointes de la figure 1) de part et d'autre
de
ces cloisons 6, 7, 9 ou 6', 7', 9' afin de maintenir le liquide de
refroidissement
et les huiles moteur et de transmission à une température homogène.
On notera que le réservoir 1, 1' selon l'invention peut
présenter une forme variable autre que celles illustrées aux figures 1 à 6,
l'essentiel étant qu'il soit adapté à l'architecture du moteur en étant
directement intégré à l'espace disponible dans le compartiment moteur.
On a représenté aux figures 7 à 10 les principaux éléments,
organes et boucles d'un circuit de refroidissement et de régulation thermique
de fluides selon l'exemple de l'invention de la figure 10, dans lequel à
chacune de ces quatre figures la boucle en fonction est repérée par des tirets
et les éléments sont identifiés comme suit :
- Réservoir de stockage la du seul liquide de
refroidissement formant également vase d'expansion 8;
- Réservoir de stockage 1" selon l'invention du liquide de
refroidissement avec vase d'expansion 8 et compartiment 4 pour l'huile du
moteur (figure 10) ;
- Bouchon de sécurité 8a (1,4 105 Pa) ;
- Moteur thermique 10;
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- Boîtier thermostatique 11;
- Pompe 12 reliée au moteur 10 pour ce liquide ;
- Pompe à huile 13 reliée au moteur 10 (figure 10) ;
- Turbocompresseur 14 relié au moteur 10;
5 - Système de chauffage 15 relié au boîtier 11;
- Dégazage 16;
- Radiateur 17 du moteur 10 relié au boîtier 11; et
- Boucle 18 associée à un moteur électrique 19, avec un
radiateur 20, un onduleur 21, un STT 22 et une pompe 23.
I. o A la figure 7 qui illustre la boucle fermée B1 en fonction lors
du démarrage du véhicule avec le réservoir la de stockage du seul liquide de
refroidissement à l'état froid, on voit que cette boucle B1 est limitée au
moteur
thermique 10 et au boîtier thermostatique 11.
A la figure 8 qui illustre la boucle fermée B2 en fonction lors
du démarrage du véhicule avec le réservoir la de stockage du seul liquide de
refroidissement qui est chaud mais à une température de fonctionnement de
moins de 100 C, on voit que cette boucle B2 concerne le réservoir la en plus
du moteur thermique 10 et du boîtier thermostatique 11.
A la figure 9 qui illustre la boucle fermée B3 en fonction lors
du démarrage du véhicule avec le réservoir la de stockage du seul liquide de
refroidissement qui est chaud et à une température de fonctionnement de plus
de 100 C, on voit que cette boucle B3 concerne le radiateur 17 du moteur 10
en plus du réservoir la, du moteur thermique 10 et du boîtier 11.
A la figure 10 qui illustre la boucle fermée B4 en fonction lors
du démarrage du véhicule avec le réservoir 1" selon l'invention du liquide de
refroidissement et de l'huile moteur qui est froid, on voit que cette boucle
B4
concerne le compartiment 4 de l'huile moteur en plus du moteur thermique 10
et du boîtier thermostatique 11 qui étaient uniquement concernés à la figure
7.
On notera enfin d'une manière générale que la gestion moteur
chaud / moteur froid est gérée par le système embarqué sur le véhicule, des
sous-systèmes tels que des électrovannes ou des pompes de
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circulation/transfert permettant de faire circuler ou non le liquide de
refroidissement.
