Cours Refroidissement Prof

BEP MVM

MOTORISATION

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Date:

Le refroidissement

Cours

02/11/2007

RAISON D’ÊTRE DU SYSTEME Le rendement d’un moteur à combustion interne ne dépasse pas 30% dans le meilleur des cas . 70 à 75% de l’énergie apportée par la combustion est dissipée sous forme de chaleur dont: - 30 à 35% est emportée par les gaz d’échappement - 8 à 10% est emportée par frottement et le lubrifiant - 35 à 40% est emportée par le circuit de refroidissement

Énergie mécanique

Énergie calorifique emportée par le circuit de lubrification

Énergie calorifique de combustion

Énergie calorifique emportée par les gaz d’échappement Énergie calorifique emportée par le circuit de refroidissement

Le rôle du circuit de refroidissement est de : 1- Faire monter en température le moteur à son point de fonctionnement optimum le plus rapidement possible pour: - limiter l’usure des pièces - limiter la consommation et la pollution - chauffer l’habitacle 2- Maintenir la température de fonctionnement du moteur à sa valeur optimum pour optimiser: - le jeu de fonctionnement - le rendement de combustion

Le rôle du circuit de refroidissement est : 3- D’évacuer la chaleur excédentaire pour éviter de nombreux incidents pouvant se produire comme: La tenue des matériaux: - serrage des pistons dans les cylindres - déformation de la culasse - fissurations de la chambre de combustion - usures prématurées des sièges de soupape - grippage des queues de soupapes Lubrification: - gommage des segments (de feu en particulier) dans leurs gorges Combustion: - déclenchement de combustions anormales (cliquetis) 4-Informer le conducteur de la température de fonctionnement du moteur 5- Alerter le conducteur d’une anomalie sur le circuit de refroidissement (température et niveau) En automobile le système de refroidissement est un système dit par « eau », mais il en existe d’autre: Par eau

Par air Par huile 2

LOCALISATION DU SYSTEME

Circuit de dégazage

Moto ventilateur

Vase d’expansion

Radiateur Durite retour d’eau chaude Pompe à eau

Thermostat

Durite départ d’eau froide

Thermocontact Radiateur de chauffage

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LES PRINCIPES ET LOIS PHYSIQUES

Échange de chaleur par conduction: Ce sont les échanges thermiques dans la matière: solide, liquide, gaz. La quantité de chaleur échangée par conduction et fonction: - de la nature de la matière - du volume de matière où se produit la conduction thermique - écart de température dans la matière Échange de chaleur par convection: Ce sont les échanges thermiques qui se produisent entre un fluide et une paroi solide: radiateur de refroidissement, échangeur Ces échanges sont fonction : - de la surface d’échange - de la nature du fluide l’évacuation de la chaleur

participant

à

- du débit des fluides - de l’écart de température Remarque: le coefficient de conductivité de l’air est 25 fois inférieur à l’eau Flux thermique au niveau des cylindres

Bilan des échanges calorifiques 1:

15 % conduits échappements,

2:

25% chambre de combustion,

3:

25% chemise,

4:

35% chemise par piston

Rq: L’expérience montre qu’il est intéressant de maintenir la température des parois: - 120°c pour les chemises - 210°c pour la culasse

4

LES CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES et FONCTIONS DU SYSTEME

4.1 la pompe à eau La fonction de la pompe à eau est de faire circuler le liquide de refroidissement pour aider à l’élimination de la chaleur 9

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1

2

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4 1- silentbloc + support

3

2 - joint de pompe à eau

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3 - joint d’huile

1 1

3

4 - tourillon ou roulement 5 - rondelle d’étanchéité 6 - turbine 7 - aube 8 - volute 9 - corps de pompe

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9

Les pompes à eau utilisé sur les moteur sont généralement de type centrifuge (utiliser pour le transfert de fluide par exemple). Le débit de la pompe est quasiment proportionnel à son régime (1) jusqu'à l'apparition de la cavitation (2), formation de gaz ou bulles sous l’effet d’une dépression diminuant le rendement de la pompe. Afin d’éviter les phénomène de cavitation le circuit de refroidissement doit avoir des géométries de circuit approprié au débit et fonctionner sous pression La puissance fournie à la pompe pour faire circuler le liquide de refroidissement nécessaire à haut régime peut atteindre 1.5 à 3 % de la puissance fournie par le moteur (en pleine charge) 4.2 Le thermostat (Calorstat)

Cet élément doit permettre d'assurer une montée en température rapide du moteur. Pour ce faire, il faut éviter de faire circuler le liquide de refroidissement en dessous d'une certaine température. C'est le rôle du thermostat. Une montée en température rapide du liquide entraîne : •Une

diminution de la pollution,

•Une

réduction des pertes par frottement (viscosité de l'huile), •Une

diminution de la consommation sur de courtes utilisations (ex : porte à porte).

F tige

clapet

Orifice de purge

Élement thermodilatable F ressort

Thermostat double effet 1

2 3

5

Les fonctions du système

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Le fonctionnement du système 8

4 5

7

Le thermostat double effet possède un by-pass ouvert à froid pour faire circuler l’eau dans le bloc moteur afin de réchauffer plus rapidement cette dernière destinée au radiateur de chauffage

4.2 le vase d’expansion Le vase d’expansion permet de compenser les variations de volume du liquide de refroidissement dues aux changements de température, évaporation ou fuite du liquide

Moteur froid

Moteur chaud

4.3 le bouchon du vase d’expansion

Le bouchon de radiateur garanti un pression de fonctionnement comprise entre 0,9 et 1,25 bars au dessus de la pression atmosphérique Le fonctionnement sous pression évite les phénomène de cavitation (au niveau de la pompe à eau et l’ébullition du liquide de refroidissement En cas de surpression il joue le rôle de la soupape de décharge. Lors du refroidissement du liquide il garanti le maintien de la pression atmosphérique dans le circuit.

4.4 le radiateur Le radiateur est un échangeur eau/air. Il se compose de 2 réservoirs appelés boîtes à eau reliés par des tubes qui portent des ailettes extèrieures. 1

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6 5 Alu. mécanique

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4 1 durit supérieure 2 boîtier thermostat 3 durit inférieure 4 pompe à eau

Alu brasé

Circulation de l’eau en « U » OU EN « i »

5 grille protection 6 boîte eau 4.5 le liquide de refroidissement Le liquide de refroidissement également appelé liquide caloporteur est constitué d’eau, d’éthylène-glycol (antigel) et d’inhibiteur de corrosion La présence d’éthylène-glycol augmente la température d’ébullition et abaisse celle de la congélation

Le liquide de refroidissement doit avoir : - de bonne qualité de convection - pouvoir inhibiteur de corrosion - résister au gel et au vieillissement

4.6 le motoventilateur Aide à l’évacuation des calories. Moteur à courant continu

Pâles non carénées

Pâles carénées

Double ventilateurs

Le ventilateur: Vraiment l'accessoire indispensable d'une voiture citadine. Placées à proximité du radiateur, les pales du ventilateur forcent l'air a passer au travers de celui-ci, et évite ainsi la surchauffe lors des trajets a petite allure (embouteillages par ex). Il peut être entraîne mécaniquement a l'aide d'une courroie. Mais en général, il s'agit d'un petit moteur électrique, commande par une sonde placée sur le radiateur, qui entraîne le ventilateur lorsque la température est supérieure a 100 C. Une défaillance de ces éléments provoque une surchauffe lorsque le véhicule roule a faible allure ou est arrêté.

4.7 Schéma électrique moto-ventilateur avec sonde de température eau et calculateur d’injection

Sonde de température de type CTN

Alim. 5Volt

Relais avec diode de roue libre

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MAINTENANCE DU SYSTEME 6.1 Le Liquide de refroidissement Périodicité: 3 ans Contrôle niveau toutes les 10000 kms (se référer aux préconisations constructeurs) Risques liés à L’éthylène glycol Toxicité pour l’homme : 1 étourdissement 2 tachycardie/respiration saccadée 3 détruit les reins Rq: En cas d’ingestion de + de 2 cuillères à soupe il devient mortel pour l’homme Risque d’incendie: l’éthylène glycol est explosif à l’état gazeux Réglementation toxicité: Ne pas jeter le liquide de refroidissement dans les égouts

6.2 Bouchon du radiateur

6.3 Contrôle ouverture du thermostat:

5.4 sonde de température d’eau: voir schéma page précédente

10°C 0°C -10°C - 20°C - 30°C - 40°C