Refroidissement véhicule. Un condensé de connaissances. pour les garages! Thermo Management. Nos idées, votre succès. Support commercial

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1 Eclairage Electricité Electronique Thermo Management Support commercial Service technique Nos idées, votre succès Refroidissement véhicule Un condensé de connaissances pour les garages!

2 Table des matières Qu est-ce que le Thermo Management? Le Thermo Management inclut la température moteur optimale dans tous les états de fonctionnement ainsi que le chauffage et le refroidissement de l habitacle du véhicule. Un système de Thermo Management moderne est donc constitué de composants du refroidissement moteur et de la climatisation. Les éléments de ces deux blocs, qui s influencent mutuellement, forment souvent une unité. Dans cette brochure, nous vous présentons des systèmes de refroidissement modernes avec leur contexte technique. Nous y abordons également le mode de fonctionnement, les causes de défaillances, les spécificités et les possibilités de diagnostic. ChapitreTable des matières Page 1 Systèmes de refroidissement modernes Système intégré VL Système intégré VU Structure d'un module de refroidissement moderne 6 2 Refroidissement rétrospective Refroidissement du moteur par eau Etat actuel 8 3 Systèmes de refroidissement Le circuit de refroidissement moteur Radiateur de refroidissement Structure type Conceptions Radiateur 100% aluminium Vase d'expansion Fonctionnement Thermostat Fonctionnement Pompes à eau Echangeur thermique (élément de chauffage) 15 4 Moto-ventilateur Ventilateur à visco-coupleur 16 5 Autres systèmes de refroidissement Refroidissement d'huile - moteur et boîte de vitesses Refroidissement de direction assistée Refroidissement du carburant Refroidissement de l'air de suralimentation Principes Exigences Direct Indirect Températion de l'air moteur Un design moderne satisfaisant aux exigences les plus sévères EURO 5 et sa signification Principe de fonctionnement de la gestion de la température d air d admission (ATM) Réduction des émissions Régénération du filtre à particules Economie d énergie Sous-systèmes de la gestion de la température de l'air d admission 25 6 Chauffage additionnel CTP Structure et fonctionnement Performance et spontanéité Sécurité de fonctionnement Pilotage Nouveau développement 29 2

3 7 Diagnostic, entretien et réparation Réfrigérant, antigel et protection anticorrosion Maintenance du radiateur Rinçage du système de refroidissement Purge du système au remplissage Défauts typiques Radiateur Echangeur thermique (élément de chauffage) Contrôle du système de refroidissement et diagnostic Le moteur surchauffe : Le moteur ne chauffe pas : Le chauffage ne devient pas suffisamment chaud : 33 8 Refroidissement régulé électroniquement (exemple VW 1,61 moteur APF) Niveau de température du réfrigérant Aperçu du système de refroidissement régulé électroniquement Boîtier de distribution du réfrigérant Unité de régulation du réfrigérant Circuit de refroidissement long et court Commande électronique - aperçu Régulation de la température du réfrigérant en cas de demande de chauffage Cartographie - valeurs théoriques Capteur de température du réfrigérant Thermostat à commande cartographique Conclusion 40 9 Informations techniques pour garages Réservoir de compensation Radiateur de refroidissement Refroidisseur d'air de suralimentation Refroidisseurs d'huile Chauffage auxiliaire CTP Visco-coupleur Visco-ventilateur Echangeur thermique 50 Exclusion de responsabilité Les informations de ce document de formation ont été rassemblées par l'éditeur selon les indications des constructeurs automobiles et des importateurs. Il a été procédé avec beaucoup de soins afin de garantir leur exactitude. L'éditeur n'assume cependant aucune responsabilité pour d'éventuelles erreurs et leurs conséquences. Cela s'applique à l'utilisation de données et d'informations qui s'avèrent erronées ou ont été incorrectement représentées ou à des erreurs qui se sont produites par inadvertance lors de la compilation des données. Sans limitation de ce qui a été indiqué précédemment, l'éditeur n'assume aucune responsabilité pour une perte de profit, de valeur de l'entreprise ou toute autre perte, y compris économique, qui en résulterait. L'éditeur n'assume pas de responsabilité pour des dommages ou des perturbations d'exploitation consécutives au nonrespect du document de formation et des consignes de sécurité particulières. 3

4 1. Systèmes de refroidissement modernes 1.1 Système intégré VL Exemple type de l'état actuel du Thermo Management dans le véhicule. Le Thermo Management constitue un thème majeur chez les constructeurs. Toute la chaleur que génère un moteur et ses systèmes dépendants doit être dissipée. Aujourd'hui, la température normale de fonctionnement d'un moteur ne peut présenter qu'une faible tolérance, d'où l'importance du Thermo Management pour contrôler le fonctionnement et la température ambiante (moteur et habitacle). L'augmentation de la température de fonctionnement peut altérer les valeurs de dépollution. Ce qui peut conduire à une gestion non conforme du moteur. Un circuit de refroidissement sur des motorisations comme l'injection directe, diesel et essence, qui génèrent peu de chaleur, doit par ailleurs réchauffer les occupants du véhicule en hiver et les rafraîchir en été. Tous ces facteurs doivent être pris en compte lors du développement d'un système du Thermo Management. A cela s'ajoute l'exi gence de performance élevée et d'efficacité dans un faible encombrement. 4

5 1.2 Système intégré VU Exemple type de l'état actuel du Thermo Management dans un véhicule utilitaire. Cette formation traite les domaines VL et VU. 5

6 1. Systèmes de refroidissement modernes 1.3 Structure d'un module de refroidissement moderne Exemple type de l'état actuel d'un module de refroidissement. Il est composé d'un radiateur de refroidissement, d'un refroidisseur d'huile moteur, d'un condenseur, d'un refroidisseur d'huile de boîte de vitesses, d'un radiateur de direction assistée et d'un ventilateur de condenseur. Châssis de refoulement avec ventilateur électrique Radiateur moteur Couvercle de cadre portant Refroidisseur direction assistée Module condenseur Cadre portant Refroidisseur réfrigérant 100% alu Refroidissement huile de BV Châssis d'aspiration pour radiateur 6

7 2. Refroidissement rétrospective 2.1 Refroidissement du moteur par eau Tube collecteur Les températures générées par la combustion du carburant (jusqu'à C) sont dommageables pour le fonctionnement du moteur. C'est pourquoi il est refroidi à la température de fonctionnement. Le premier mode de refroi - dissement par eau était le thermosiphon. L'eau réchauffée, plus légère, monte dans la partie supérieure du radiateur par un tube collecteur. Elle est refroidie par le vent pendant le roulage autour du radiateur, descend et est reconduite à nouveau dans le moteur. Ce circuit fonctionne tant que le moteur est en marche. Le refroidissement était assisté par des ventilateurs, une régulation n'était pas encore possible. Plus tard, la circulation d'eau était accélérée par une pompe à eau. Points faibles ongue durée d'échauffement température basse du moteur pendant la saison froide. La suite du développement des moteurs voit l'utilisation d'un régulateur de l'eau de refroidissement = thermostat. La circulation de l'eau par le radiateur est régulée en fonction de la température de l'eau de refroidissement. En 1922 il est décrit de la manière suivante : "Ces dispositifs permettent un réchauffement rapide du moteur et empêchent en même temps son refroidissement". Ici, nous parlons déjà d'un refroidissement régulé par thermostat offrant les fonctions suivantes : courte durée d'échauffement maintien d'une température de fonctionnement constante Env avec pompe à eau Radiateur A partir de 1922 Moteur Pompe à eau 7

8 2. Refroidissement rétrospective 2.2 Etat actuel Le thermostat constitue une amélioration importante et le conduit d'eau permet un court-circuit. Tant que la température moteur souhaitée n'est pas atteinte, l'eau ne passe pas par le radiateur, mais retourne au moteur par le chemin le plus court. Cette régulation a été conservée sur tous les sys - tèmes jusqu'à aujourd'hui. Le graphique ci-dessous visualise l'influence de la température du moteur sur la puissance et la consommation de carburant. Aujourd'hui, la bonne température du moteur est non seulement importante pour la puissance et la consommation, mais également pour une faible émission de substances nocives. P e = puissance b e = consom. carburant T = température moteur Pour refroidir un moteur, on utilise désormais la propriété de l'eau sous pression qui ne commence pas à bouillir à 100 C, mais entre 115 C et 130 C. Le circuit de refroidissement est ainsi soumis à une pression de 1,0 1,5 bar. Nous parlons d'un système de refroidissement fermé. L'installation est équipée à cet effet d'un vase d'expansion qui n'est rempli qu'à moitié environ. Le régulateur à soufflet métallique est remplacé par un régulateur à substance dilatable (régulateur à cire). Le fluide de refroidissement n'est pas uniquement composé d'eau, mais d un mélange d'eau et d additif réfrigérant. Il s'agit d'un réfrigérant offrant une protection contre le gel, un point d'ébullition plus élevé et protégeant les éléments en alliage léger du moteur contre la corrosion. 8

9 3 Systèmes de refroidissement 3.1 Le circuit de refroidissement moteur Comme tout le monde le sait, l'espace du compartiment moteur s'est nette ment restreint. Du coup, il y a énormément de chaleur générée, qu'il est absolument nécessaire de dissiper. Pour refroidir le compartiment moteur, les circuits de refroidissement modernes doivent répondre à de fortes exigences ; d'importants progrès ont donc été réalisés dernièrement en matière de refroidissement. Les exigences liées au circuit de refroidissement sont les suivantes : Phase d'échauffement raccourcie Réchauffement rapide de l'habitacle Faible consommation de carburant Durée de vie plus longue des composants 1. Refroidisseur de réfrigérant 2. Pompe à eau 3. GMV 4. Thermostat 5. Echangeur thermique 6. Vanne échangeur thermique (optionl) 7. Moteur 8. Air pulsé 4 A la base, tous les circuits de refroidissement moteur comprennent les composants suivants : Radiateur de refroidissement Thermostat Pompe à réfrigérant (mécanique ou électrique) Vase d'expansion Tuyauterie Moto-ventilateur (entraîné par courroie ou viscocoupleur) 8 Capteur de température (gestion moteur / affichage) Radiateur de refroidissement C est à partir de 1905 que le refroidissement du moteur a débuté, à l'époque, la température de combustion dans le moteur se situait à environ C. Des radiateurs en acier étaient utilisés depuis le début du siècle jusqu'en 1938 environ, avant d'être remplacés par des radiateurs en métaux non-ferreux (cuivre/laiton). Inconvénients : lourd, cuivre plus cher car disponible en quantité limitée. Exigences liées au radiateur Puissance volumique élevée Rigidité suffisante Résistance durable à la corrosion Faibles coûts de fabrication Fabrication écologique 9

10 3 Systèmes de refroidissement Exécution Réservoir d'eau en GFK = matière plastique renforcée de fibres de verre De plus en plus en aluminium Rôle fonctionnel Refroidir le réfrigérant dans le circuit moteur Avantages Précision d'assemblage assurant un montage simple Rendement optimal Adapté aux spécifications clients 1 ère Monte Structure type Structure type d'un radiateur de refroidissement : Le refroidisseur d'huile peut également être un composant séparé. Les différents composants sont assemblés et donnent sa forme au radiateur de refroidissement. Le refroidissement s'effectue par les ailettes de refroidissement (faisceau), l'air passant à travers absorbe la chaleur du réfrigérant. L'écoulement du réfrigérant se fait de haut en bas (flux descendant), ou par flux transversal (de droite à gauche ou inversement). Les deux variantes nécessitent suffisamment de temps et doivent présenter une section suffisante pour que l'air produise un refroidissement efficace du liquide. 1. Réservoir d'eau 2. Refroidisseur d'huile 3. Joints 4. Ailette de refroidissement (faisceau) 5. Tôles latérales 6. Fond 7. Tube de refroidissement Conceptions 10 Deux conceptions types, le brasage et l'assemblage mécanique. Les deux sont des radiateurs à flux descendant. Les premiers modèles étaient dotés de réservoirs d'eau en laiton, puis en plastique. Les radiateurs à flux transversal présentent un encombrement 40 % plus petit que les radiateurs à flux descendant et sont utilisés dans les VL actuels où une conception plus plate est requise. Le réservoir d'eau est fixé grâce à un sertissage à en - coches ondulées et scellé. Un autre type de fixation est le sertissage à languettes. Les radiateurs à flux descendant sont utilisés dans les VL plus hauts (4x4, etc.) ou les véhicules utilitaires.

11 Brasé Assemblage mécanique Radiateur 100% aluminium Comme on peut le voir ici, la profondeur de faisceau est sensiblement ré - duite sur le modèle de radiateur 100% aluminium. Ce modèle permet d'avoir une profondeur totale du module de refroidissement plus faible. Le radiateur 100% aluminium de l'audi A8 est par exemple 11% plus léger et présente une profondeur de montage de 200 mm plus réduite. Ce modèle possède les caractéristiques suivantes : Suppression de la joue supérieure Suppression d'outils pour la production, l'étanchéité et le réservoir d'eau. La profondeur de faisceau est la même que la profondeur de radiateur Réduction du poids de 5 à 10% Plus grande endurance Pression d'éclatement 5 bars Entièrement recyclable Les endommagements lors du transport sont réduits (embout) Différents types de tubes peuvent être utilisés Tube rond avec insert de turbulence pour une performance plus élevée Tube ovale (ce qui signifie plus de surface pour le refroidissement) Tube plat, assemblage mécanique, empilage (encore plus de surface et une seule rangée nécessaire) Un alliage spécial en alu est utilisé (faisceau)température C puis refroidissement à environ 130 C (les tensions sont compensées) 11

12 3 Systèmes de refroidissement Cette comparaison montre la différence entre un radiateur à fond GRP et un radiateur 100% aluminium à réfrigérant. On voit clairement que la profondeur totale est nettement réduite. Cette réduction permet un montage peu encombrant dans un module de refroidissement moderne. Prof. faisceau 40mm Prof. totale 63,4mm Prof. faisceau Prof. totale 40mm 40mm 3.3 Vase d'expansion Pour éviter toute surchauffe locale des composants, un circuit de réfrigérant sans bulles est nécessaire. Le fluide de refroidissement entre dans le vase à grande vitesse et en ressort à faible vitesse. (diamètres différents des tubulures). Pressions système 1,7 bar Pression d'éclatement 10 bars 12

13 Par comparaison, les véhicules utilitaires possèdent 3 chambres et une grande quantité d'eau, p. ex. 8 litres de réfrigérant. Le vase d'expansion sert à récupérer le réfrigérant expansé du circuit de refroidissement. La pression est réduite par l intermédiaire d un clapet et du coup, la pression du système est maintenue à une valeur préréglée Fonctionnement Une température élevée du réfrigérant augmente la pression dans le système de refroidissement en raison de la dilatation du réfrigérant. Le réfrigérant est pressé dans le réservoir. La pression augmente dans le réservoir. Le clapet d échappement dans le couvercle s'ouvre et laisse l'air s'échapper. Lorsque la température du réfrigérant s'est normalisée, une dépression s'établit dans le système de refroidissement. Le réfrigérant est aspiré du réservoir. Une dépression s'établit alors également dans le réservoir. La vanne de compensation de la dépression s'ouvre alors dans le couvercle du réservoir. L'air passe dans le réservoir jusqu'à ce que l'équilibre de pression soit atteint. 3.4 Thermostat Elément de cire Les thermostats contrôlent la température du réfrigérant et, par conséquent, la température du moteur. Les thermostats mécaniques ont peu évolué au fil des années et sont toujours utilisés. Leur fonctionnement est assuré par une cire dilatable qui ouvre une vanne et qui ramène au radiateur de refroidissement le liquide pour le refroidir. Le thermostat s'ouvre à une certaine température spécifiée pour le système et qui ne doit pas être modi fiée. Les thermostats à commande électronique sont régulés par la gestion moteur et s'ouvrent selon les conditions de fonctionnement du moteur. Régulateur de température à commande électronique contribuant à la réduction de consommation du carburant et à la baisse des émissions polluantes grâce à l'amélioration du rendement mécanique du moteur. Avantages : Réduction de la consommation de carburant d'environ 4 % Réduction des émissions polluantes Amélioration du confort (par l'amélioration de la capacité de chauffage) Plus longue durée de vie du moteur Maintien des conditions d'écoulement et des conditions thermodynamiques Régulation de température adaptée aux besoins Vitesse de changement de température maxi Augmentation minimale de l'encombrement (<3%) A commande électronique 13

14 3 Systèmes de refroidissement Fonctionnement La cire fond en cas d'échauffement supérieur à 80 C. L'augmentation de volume de la cire déplace la boîte métallique sur le piston de travail. Le thermostat ouvre le circuit du radiateur et ferme simultanément le circuit en court-circuit. La cire se solidifie à une température inférieure à 80 C. Un ressort de rappel ramène la boîte métallique en position initiale. Le thermostat ferme l'alimentation du radiateur. Le réfrigérant retourne directement au moteur par le conduit en court-circuit. Ouvert Fermé Radiateur Moteur Moteur Moteur 3.5 Pompes à eau Les pompes à eau acheminent le réfrigérant à travers le circuit et établissent la pression. Les pompes à eau sont également concernées par le progrès, même si on trouve encore sur le marché de nombreux VL et VU dotés de pompes à eau entraînées par courroie ; la prochaine génération sera celle des pompes à eau à commande électronique. La pompe à eau sera alors entraînée selon le besoin, comme le compresseur dans le circuit de climatisation que nous connaissons tous. Une température de fonctionnement optimale sera ainsi atteinte. 14

15 3.6 Echangeur thermique (élément de chauffage) L'échangeur thermique ou élément de chauffage fournit la chaleur qui est acheminée dans l'habitacle du véhicule avec le flux d'air de la soufflerie. Lorsqu'il y a un système de climatisation, ce qui est généralement le cas aujourd'hui, un mélange d'air froid et d'air chaud est généré par la commande de climatisation. Les 3 systèmes se rencontrent alors, la chaleur, le froid et la commande correspondante = climatisation de l'habitacle du véhicule. Caractéristiques Entièrement recyclable Garantie de la température d'habitacle souhaitée Elément de chauffage brasé en construction 100% aluminium Encombrement réduit dans l'habitacle Capacité de chauffage élevée Plaques de fond brasées et non agrafées Montage dans le boîtier du chauffage Type de conception - assemblage mécanique Système à ailettes et à tubes Inserts de turbulence pour améliorer la transmission de chaleur Des encoches dans les ailettes augmentent la performance Ultra moderne, comme le radiateur de refroidissement 100% aluminium 15

16 4 Moto-ventilateur Le moto-ventilateur sert à acheminer l'air ambiant par le radiateur de refroi - dissement et le moteur. Il est entraîné par la courroie trapézoïdale ou, dans le cas d'un ventilateur électrique, par un moteur électrique régulé par une commande. Le ventilateur à visco-coupleur (Visco) est généralement monté sur les véhicules utilitaires, mais il est également utilisé sur les voitures particulières. Le moto-ventilateur garantit l'écoulement d'une quantité d'air suffisante pour refroidir le réfrigérant. Sur le moto-ventilateur entraîné par courroie, la quantité d'air dépend du régime moteur. Il se différencie du groupe motoventilateur en ce sens qu il est constamment entraîné. Le ventilateur à visco-coupleur Visco est commandé en fonction de la température de fonctionnement. 4.1 Ventilateur à visco-coupleur Visco est un produit Behr et également un nom de produit déposé. Fonctionnement Point d'enclenchement total à environ 80 C. Rempli d'huile de silicone (30 à 50 ml) en tant que fluide moteur, enclenché par bimétal et commandé par un pivot. Historique Rigide (entraînement permanent), exige beaucoup d'énergie (PS), bruyant, importante consommation. Les ventilateurs électriques (VL) ont par contre une consommation avantageuse et un faible besoin d'énergie. Les objectifs de développements étaient de réduire la consommation et le niveau sonore, p. ex. réduction du bruit par ventilateur caréné. Ventilateur à visco-coupleur La suite du développement vers un visco-coupleur électronique a donné les résultats suivants : Régulation en continu Régulation à l'aide de capteurs Le régulateur traite des données telles que le réfrigérant, l'huile, l'air de suralimentation, le régime moteur, le retardateur, la climatisation On obtient ainsi un refroidissement adapté aux besoins, une amélioration du niveau de température du réfrigérant, une réduction du niveau sonore et une consommation de carburant réduite. Sur les voitures particulières, les ventilateurs étaient autrefois en 2 parties, le visco-coupleur et la roue de ventilateur étaient vissés, aujourd'hui ils sont roulés et ne sont donc plus réparables. Le visco-coupleur électronique n est actuellement monté que sur la Range Rover. 16

17 La poulie primaire et l'axe de la bride transmettent la puissance du moteur. Le ventilateur est également solidaire de cet axe. L'huile de silicone en circulation assure la transmission de l effort des deux ensembles. Le culbuteur commande le circuit d'huile entre l'espace de réserve et l'espace de travail. Le flux d'huile de silicone depuis l'espace de réserve vers l'espace de travail et le retour s'effectue entre 2 perçages, le perçage de retour dans le carter et le perçage d'alimentation dans la poulie primaire. Le culbuteur commande la gestion du moteur par des impulsions à l'ensemble magné - tique. Le capteur Hall détermine et informe la gestion du moteur sur la vitesse de rotation actuelle du ventilateur. Un régulateur envoie un courant de commande cadencé à l'ensemble magnétique qui commande le culbuteur qui lui-même contrôle la quantité d'huile. Plus il y a d'huile de silicone dans l'espace de travail, plus la vitesse du ventilateur est élevée. Lorsque l'espace de travail est vide, le ventilateur est au ralenti, un glissement d'environ 5 % existe à l'entraînement. Connecteur Perçage retour Circuit huile Poulie primaire Capteur régime Culbuteur Plaque d'induit Palier magnétique Flux magnétique Espace réserve huile silicone Carter Electroaimant Visco-coupleur à régulation électronique 17

18 5 Autres systèmes de refroidissement Les types de conception s'appuient sur les exigences et la capacité de refroidissement souhaitée. L'empilage est la conception la plus récente et la préférée. Elle permet d'adapter exactement l encombrement prédéfini et la capacité de refroidissement. 5.1 Refroidissement d'huile - moteur et boîte de vitesses Le refroidissement et l'échauffement plus rapide de l'huile moteur et de l'huile boîte de vitesses (p. ex. BVA) sont assurés par le montage de refroidisseurs (moteur ou boîte de vitesse) dans le réservoir d'eau. Types de conception : refroidisseur d'huile à tubes ou à plaques. Avantages Refroidissement d'huiles très sollicitées thermiquement Les intervalles de vidange d'huile sont allongés, la durée de vie du moteur augmente Encombrement et poids réduits grâce à la conception 100% aluminium Conception compacte avec un empilage efficace de plaques assurant une grande surface de refroidissement 5.2 Refroidissement de direction assistée L'huile de direction assistée doit également être refroidie pour que le rendement de la direction assistée ne soit pas altéré ; la direction devient alors soit trop dure, soit trop souple. Caractéristiques 100% aluminium avec raccords rapides Pression supérieure à 8 bars avec une température d'entrée d'huile de 40 C à 160 ºC Pression d'essai = 20 bars avec une pression d'éclatement de 50 bars 5.3 Refroidissement du carburant Généralement utilisé sur les Diesels ; le carburant est refroidi de manière à abaisser la température d'entrée au gicleur de pompe ou au Common Rail, sous peine de voir la température du carburant augmenter de façon démesurée en raison de la pression élevée. Une augmentation excessive de la température du carburant réduit la puissance du moteur en raison d'un point d'inflammation trop précoce dans la chambre de combustion. 18

19 5.4 Refroidissement de l'air de suralimentation Les tendances à l'augmentation de la puissance du moteur et au downsizing conduisent, sur les véhicules particuliers, à une part croissante de moteurs suralimentés, la suralimentation s'effectuant aujourd'hui principalement avec de l'air de suralimentation refroidi. La plus grande densité d'air de suralimentation ainsi obtenue permet d'augmenter la puissance et le rendement du moteur. Mais il n'y a pas que la part des moteurs suralimentés qui augmente, il y a aussi - en raison des baisses de consommation et d'émissions toujours nécessaires - les exigences de capacité de refroidissement d'air de suralimentation. Celles-ci peuvent être satisfaites par un refroidissement de l'air de suralimentation avec un réfrigérant à la place de l'air. Mais en raison des coûts du système, cette technologie était jusqu'à présent réservée aux véhicules des gammes supérieures de prix. De nouveaux développements permettent également une régulation du refroidissement de l'air de suralimentation. En plus des émissions de NO, cela constitue aussi un moyen de baisser les émissions de HC et d'augmenter l'efficacité du post-traitement des gaz d'échappement. Outre l'augmentation de la capacité de refroidissement, une autre exigence incombe au refroidissement de l'air de suralimentation : la températion de l'air moteur par la régulation du refroidissement de l'air de suralimentation. La températion devient nécessaire en raison des exigences croissantes concernant le post-traitement des gaz d'échappement. La température de l'air de suralimentation tient ici un rôle important. Le refroidissement de l'air de suralimentation par réfrigérant offre donc aussi des avantages déterminants sur les VU. Types Refroidissement par air et refroidissement par liquide. Direct et indirect. Tâche : Augmentation de la puissance du moteur par suralimentation (plus d'air de combustion, taux d'oxygène plus élevé) Avantages : Capacité de refroidissement dynamique plus élevée Amélioration du rendement du moteur par l'augmentation de la densité d'air de suralimentation Baisse de la température de combustion, d'où amélioration des valeurs de dépollution Moins d'oxydes d'azote 19

20 5 Autres systèmes de refroidissement Principes Suralimentation par turbocompresseur La puissance d'un moteur à combustion dépend de la quantité de carburant brûlée. 1 kg de carburant nécessite 14,7 kg d'air pour une combustion complète sur un moteur à essence, que l on appelle le rapport stœchiométrique. La suralimentation des moteurs à combustion constitue donc un moyen efficace d'augmenter la puissance par rapport à un moteur à aspiration. La puissance d'un moteur à combustion dépend de la quantité de carburant brûlée Suralimentation par turbocompresseur 1 kg de carburant a besoin de 14,7 kg d'air pour une combustion complète sur un moteur à essence Moteur Diesel > 14,7 kg d'air pour 1 kg de carburant La suralimentation de moteurs à combustion est donc un moyen efficace d'augmenter la puissance Moteur suralimenté moteur à aspiration Exigences Augmentation de la capacité de refroidissement. Dans les voitures particulières, le besoin grandissant de capacité de refroidissement fait face à des restrictions croissantes d'encombrement dans le bloc avant du véhicule. Aujourd'hui, ce sont les refroidisseurs d'air de suralimentation compacts les plus courants. Le passage du refroidisseur d'air de suralimentation compact à un refroidisseur doté d'une grande surface et monté en amont du radiateur de refroidissement - solution standard utilisée sur les grands véhicules utilitaires - offre une solution au problème constitué par la faible profondeur de montage L'utilisation de cette conception augmente en conséquence. Ceci n'est toutefois pas possible dans de nombreux véhicules car l'espace requis est déjà occupé ou n'est plus disponible en raison d'autres exigences - comme la protection des piétons. Deux nouveaux systèmes permettent de résoudre le conflit entre l encombrement et le besoin de performance. Du refroidissement préalable de l'air de suralimentation et le refroidissement indirect. 20

21 Augmentation de puissance Faible nettoyage (sur moteurs à essence) Réduction de la consommation de carburant Basses températures des éléments Exigences légales Emission réduite de particules Emissions de NO X réduites Direct Trajet de l'air de suralimentation en refroidissement air de suralimentation/air ; exemple Prérefroidissement de l'air de suralimentation ou refroidissement direct de l'air de suralimentation. En utilisant le nouveau prérefroidisseur d'air de suralimentation, qui est alimenté avec du réfrigérant du circuit moteur, une partie de la chaleur de l'air de suralimentation est transférée du refroidisseur d'air de suralimentation au radiateur de refroidissement. Comme, de cette manière, la chaleur supplémentaire de l'air de suralimentation qui est produite suite à l'augmentation de la puissance est évacuée par le prérefroidisseur, le concept d'un refroidisseur d'air de suralimentation en forme de bloc peut être conservé. Le prérefroidisseur d'air de suralimentation, dit également refroidisseur compact, est placé entre le turbocompresseur et le refroidisseur d'air de suralimentation par air. Le refroidissement préalable de l'air de suralimentation permet d'augmenter sensiblement la performance d'un concept existant. Refroidissement air de suralimentation/réfrigérant sous forme d'unité avec collecteur d'air Trajet de l'air de suralimentation en refroidissement air de suralimentation/réfrigérant ; exemple L'encombrement nécessaire d'un refroidisseur d'air de suralimentation par liquide correspond à % de celui d'un refroidisseur par air. 21

22 5 Autres systèmes de refroidissement Indirect Refroidisseur à réfrigérant de l'air de suralimentation Air de suralimentation La deuxième possibilité de résoudre le conflit entre l'encombrement et le besoin de capacité réside dans l'utilisation du refroidissement indirect de l'air de suralimentation. Sur les VL, ce système de refroidissement est généralement composé d'un circuit complet de réfrigérant, indépendant du circuit de refroidissement moteur. Un radiateur de refroidissement basse température et un refroidisseur d'air de suralimentation par liquide sont intégrés dans ce circuit. La chaleur de l'air de suralimentation est tout d'abord transmise au réfrigérant, puis elle est évacuée dans l'air ambiant via le radiateur de refroidissement basse température. Ce radiateur est disposé dans le bloc avant du véhicule où se trouve le refroidisseur d'air de suralimentation par air pour le refroidissement habituel réalisé par air. Comme le refroidisseur basse température occupe nettement moins de place qu'un refroidisseur d'air de suralimentation par air comparable, cela dégage de l'espace dans le bloc avant. En outre, les conduits d'air de suralimentation volumineux entre le bloc avant et le moteur disparaissent. Globalement, le packaging dans le bloc avant est nettement simplifié, ce qui améliore d'autant l'écoulement d'air de refroidissement à travers le compartiment moteur. Par rapport au refroidissement préalable d'air de suralimentation, le refroidissement indirect produit les effets positifs suivants : Chute de pression d'air de suralimentation nettement réduite Dynamique moteur améliorée grâce à un volume d'air de suralimentation plus faible Augmentation de la puissance de refroidissement dynamique Amélioration du rendement du moteur par l'augmentation de la densité d'air de suralimentation Pompe électrique Turbo - compresseur Pompe à eau électrique Circuit réfrigérant principal Refroidisseur principal Refroidisseur basse-température Circuit basse-température Températion de l'air moteur Après un démarrage à froid et également à températures extérieures extrêmement basses pendant le trajet, il est judicieux de désactiver le refroidissement de l'air de suralimentation. Le moteur et le catalyseur atteignent ensuite très vite leur température de fonctionnement optimale, ce qui donne moins "d'émissions de démarrage à froid", principalement d'hydrocarbures (HC). Sur un refroidisseur d'air de suralimentation par air, ceci s'avère complexe car un bypass côté air de suralimentation est nécessaire. En revanche, avec le refroidissement indirect, une simple régulation du débit volumétrique du liquide permet non seulement de désactiver le refroidissement de l'air de suralimentation, mais aussi de réguler sa température. En reliant le circuit de réfrigérant d'air de suralimentation et celui du refroidissement moteur et en régulant intelligemment les débits de réfrigérant, le refroidissement indirect de l'air de suralimentation peut devenir une véritable régulation de la température de l'air de suralimentation. Le refroidisseur d'air de suralimentation peut être traversé soit par du réfrigérant chaud du circuit moteur, soit par du réfrigérant froid du circuit basse température. La régulation de la température de l'air de suralimentation 22

23 est importante pour le traitement postérieur des gaz d'échappement par des filtres à particules et des catalyseurs. Ces deux éléments nécessitent une température spécifique minimum de gaz d'échappement pour assurer un fonctionnement optimal. Sur le catalyseur, cette température minimale est identique à sa "température d'amorçage" ; pour le filtre à particules, elle est identique à la température de régénération qui est nécessaire à la combustion de la suie qui s'est déposée. Lorsque le véhicule est en charge partielle (circulation urbaine, stop-and-go), ces températures de gaz d'échappement ne sont pas toujours atteintes. Même dans ces cas-là, les émissions peuvent être réduites par une désactivation du refroidissement ou même un réchauffement de l'air de suralimentation, car dans chaque cas, la température des gaz d'échappement s'en trouve augmentée. Le moyen le plus simple de réaliser les deux options est le refroidissement indirect de l'air de suralimentation. Refroidisse ur des gaz d'échappement à by-pass Refroidisseur de l'air de suralimentation Thermostat Gaz d échappement Thermostat Pompe à eau électrique Circuit basse température Circuit basse-température Circuit réfrigérant principal Refroidisseur principal Thermostat Refroidisseur basse température Un design moderne satisfaisant aux exigences les plus sévères Comparaison de performances des nouveaux concepts. L'avantage qui peut être obtenu en matière de performance avec les nouveaux concepts "prérefroidissement de l'air de suralimentation" et "refroidissement indirect de l'air de suralimentation" est visible en les comparant avec les refroidisseurs d'air de suralimentation compacts prédominants aujourd'hui ainsi que les refroidisseurs plus performants à grande surface. le refroidissement de l'air de suralimentation est considérablement amélioré ; avec le refroidissement indirect, la chute de pression de l'air de suralimentation est en outre réduite de façon significative. Refroidisseurs d'air de suralimentation pour des exigences de résistance sévères Les sollicitations croissantes auxquelles sont soumis les refroidisseurs d'air de sur - alimentation en matière de pressions et de températures nécessitent un nouveau design et de nouveaux matériaux pour la matrice du refroidisseur et les caissons à air. Sur les VL, l'air de suralimentation présente aujourd'hui une température pouvant atteindre 150 C et une pression de 2,2 bars à son entrée dans le refroidisseur. A l'avenir, les températures et les pressions atteindront respectivement environ 200 C et jusqu'à 3 bars. Pour répondre à ces exigences, des caissons à air en plasti - que résistant à la chaleur seront fabriqués. Autre possibilité : le refroidisseur d'air de 23

24 5 Autres systèmes de refroidissement Réfrigérant Tubulures de réfrigérant suralimentation - y compris les caissons à air - sera entièrement réalisé en aluminium. Sur les véhicules utilitaires, des sollicitations encore plus élevées sont attendues. Par rapport aux 200 C et 3 bars actuels, la valeur limite d'émissions EURO-5 laisse supposer des températures de 260 C et des pressions allant jusqu'à 4 bars. En modifiant la conception des refroidisseurs d'air de suralimentation, le niveau de contrainte dû à la pression connaît une baisse telle que ces sollicitations extrêmes sont supportées sans problème. Grâce à sa forme compacte, le refroidisseur d'air de suralimentation par liquide offre un potentiel supplémentaire d'augmentation de la résistance. Plaque de fixation Boîtier Ailettes type plaquette Conception en ailettes Ailettes type nervure Air de suralimentation Montage en boîtier en fonte ou plastique 5.5 EURO 5 et sa signification Sur les VL à moteur Diesel, Euro 5 exige une réduction drastique supplémentaire des émissions par rapport à Euro 4, de 40 % pour les hydrocarbures (HC) et les oxydes d'azote (Nox), de 90 % pour les particules. Afin de satisfaire ces objectifs, la températion de l'air d admission du moteur devient toujours plus importante. La gestion de la température d air d admission (ATM) réduit les émissions au lieu de production, assiste le traitement postérieur des gaz d'échappement et facilite la régénération du filtre à particules. En outre, les synergies entre les sous-systèmes de l'atm réduisent les besoins de performance de refroidissement par rapport aux sys - tèmes actuels, ainsi que la consommation de carburant et l'encombrement. 0,10 Particules [g/km] 0,08 Euro ,06 0,04 Euro ,02 Euro Euro * 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 HC + NOX [g/km] 24

25 5.5.1 Principe de fonctionnement de la gestion de la température d air d admission (ATM) Réduction des émissions Régénération du filtre à particules Economie d énergie La gestion de la température d admission comprend trois sous-systèmes : le refroidissement indirect de l'air de suralimentation, le recyclage des gaz d'échappement refroidis et le refroidissement du moteur. Ces sous-systèmes sont interconnectés et réglés les uns aux autres de telle manière que l'air d admission puisse être refroidi et chauffé, la température de combustion élevée et abaissée. La diminution de la température est obtenue par refroidissement de l'air de suralimentation et des gaz d'échappement. En additionnant à l'air de suralimentation autant de gaz d'échappement que possible en fonction de l'état de charge du moteur, la concentration d'oxygène dans le cylindre est réduite. Le refroidissement de l'air de suralimentation et des gaz d'échappement est arrêté pour augmenter la température de combustion. De plus, l'air de suralimentation peut également être réchauffé. Nox : Comme la formation de Nox dépend de manière exponentielle de la température de combustion, sa réduction entraîne une forte diminution des émissions Nox : d'environ 10 % par 10 C de réduction de la température ; la consommation de carburant diminue simultanément de 0,5 à 1 %. HC et CO : Au démarrage à froid, la température de combustion est généralement encore basse, la combustion incomplète et la formation de HC et de CO est donc élevée. Comme le catalyseur d'oxydation n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement dans cette phase, des émissions sont rejetées. Dans certaines situations (circulation urbaine en hiver, Stop-and-Go), la température de combustion et des catalyseurs peuvent baisser en fonctionnement normal à tel point que des émissions de HC et de CO se forment. Dans les deux cas, l'augmentation rapide de la température de combustion et donc des gaz d'échappement par l'atm ré - duit la formation de HC et de CO et favorise leur transformation dans le catalyseur. L'augmentation de la température est consécutive à l'arrêt du refroidissement des gaz d'échappement. A cet effet, le refroidisseur de gaz d'échappement est équipé d'une dérivation intégrée et d'un volet de commande. Des mesures sur banc d'essai à rouleaux sur un moteur Diesel turbocompressé de 1,9 litres ont montré une réduction de 30 % des émissions HC et CO lors du démarrage à froid. Lorsque le filtre à particules est plein, la suie accumulée doit être brûlée. A cet effet, l'atm augmente la température des gaz d'échappement qui est généralement inférieure à la température d'inflammabilité de la suie (550 C). Mais la combustion de la suie peut également être initiée par abaissement de la température d'inflammation de la suie, p. ex. avec un additif au carburant tel que CER. Une combinaison des deux procédés, une augmentation de la température des gaz d'échappement et un abaissement de la température d'inflammation de la suie, présente des avantages : la quantité d'additif peut être ré - duite, le système d'addition simplifié. Si l'augmentation de la température par l'atm est liée à une post-injection, un système supplémentaire pour la régénération du filtre n'est généralement pas nécessaire. Des quantités de chaleur différentes sont produites dans le refroidisseur d'air de suralimentation et de gaz d'échappement selon la charge du moteur. En cas de charge partielle pendant laquelle le taux de recyclage des gaz d'échappement peut dépasser 50 %, il faudra plus de réfrigérant dans le refroidisseur de gaz d'échappement que dans celui de l'air de suralimentation. A certains points de charge partielle, p. ex. 50 km/h en plaine, le refroidissement de l'air de suralimentation peut être complètement supprimé et toute la capacité de refroidissement mise à la disposition du refroidisseur de gaz d'échappement. Cependant en cas pleine charge, la quasi totalité de la capacité de refroidissement doit être utilisée pour le refroidissement de l'air de suralimentation. Une telle répartition des flux de réfrigérant en fonction des besoins permet de réduire considérablement la capacité de refroidissement embarquée ainsi que l'encombrement, la face avant du radiateur p. ex. jusqu'à 10 %. 25

26 5 Autres systèmes de refroidissement Sous-systèmes de la gestion de la température de l'air d admission Refroidissement indirect de l'air de suralimentation. Le refroidissement de l'air de suralimentation augmente la densité de l'air dans le cylindre et abaisse la température de combustion. Avec l'atm, l'air de suralimentation n'est pas refroidi comme d'habitude avec de l'air, mais par un réfrigérant liquide, un mélange d'eau et de glycol tel qu'il est utilisé pour le refroidissement du moteur. La chaleur de l'air de suralimentation est tout d'abord transmise au réfrigérant, puis elle est évacuée dans l'air ambiant via le radiateur de refroidissement basse température. Avantages du refroidissement indirect de l'air de suralimentation : capacité de refroidissement supérieure à celle du refroidissement usuel air de suralimentation / air ; taux de remplissage des cylindres plus élevé suite à la réduction de la perte de pression ; temps de réaction plus court du refroidissement de l'air de suralimentation grâce à l emplacement du refroidisseur d'air de suralimentation près du moteur. Recyclage des gaz d'échappement : Réchauffement de l'air de suralimentation : Il diminue la concentration d'oxygène dans le cylindre, réduisant ainsi la température et la vitesse de la combustion. La gestion de la température de l'air d admission convient à la fois pour le recyclage haute pression et basse pression des gaz d'échappement. Lors du recyclage des gaz d'échappement à haute pression, les gaz d'échappement sont prélevés avant le turbocompresseur, refroidis dans le refroidisseur de gaz d'échappement et mélangés à l'air de suralimentation. Si la température de l'air d admission doit être augmentée pour améliorer le post-traitement des gaz d'échappement, le refroidisseur est contourné par une dérivation. Le recyclage basse pression des gaz d'échappement représente une option pour l'avenir. Les gaz d'échappement ne sont pas prélevés avant le turbocompresseur comme dans le recyclage haute pression, mais après et également en aval du filtre à particules. Ils sont ensuite refroidis et mélangés à l'air de suralimentation avant le compresseur du turbocompresseur. Avec l'atm, la température de l'air d admission peut être augmentée de plusieurs manières : par arrêt du refroidissement de l'air de suralimentation ou des gaz d'échappement, par les deux simultanément et par réchauffage de l'air de suralimentation. Le réchauffage est assuré en dérivant un flux partiel de réfrigérant du circuit moteur et en le dirigeant vers le refroidisseur d'air de suralimentation. Lors d'essais avec un moteur Diesel de 2 litres sur un banc d'essai avec une pression moyenne effective de deux bars, on a mesuré les températures des gaz d'échappement après la turbine, obtenues par variation des températures de l'air d admission selon les possibilités indiquées précédemment. L'arrêt du refroidissement de l'air de suralimentation a donné la plus faible augmentation de la température des gaz d'échappement : environ 6 C. Si l'air de suralimentation était réchauffé avec le réfrigérant du moteur d'une température d'environ 85 C (température du thermostat), la température des gaz d'échappement après la turbine augmentait d'environ 16 C. Le potentiel max. par chauffage devrait être de l'ordre de 20 C. La plus forte augmentation, environ 57 C a été obtenue par arrêt du refroidissement des gaz d'échappement (refroidisseur de gaz d'échappement commutable). Si cet arrêt est associé au chauffage de l'air de suralimentation, la température des gaz d'échappement peut être augmentée de plus de 70 C. Une pression effective moyenne de quatre bars permet même une augmentation d'environ 110 C. 26

27 6 Chauffage additionnel CTP En raison du haut rendement des moteurs modernes à injection directe, diesel et essence (moteurs à injection directe), la chaleur du moteur n'est souvent pas suffisante lors des jours de froid pour assurer un réchauffement rapide de l'habitacle ou pour garantir des températures confortables en circulation urbaine et en stop-and-go. La sécurité est également altérée car les vitres peuvent s'embuer. Behr développe trois types de chauffages additionnels pour remédier au déficit de capacité de chauffage : Des chauffages CTP électriques et des pompes à chaleur au CO2 pour le réchauffement spontané de l'air soufflé ainsi que des échangeurs thermiques de gaz d'échappement pour un réchauffement plus rapide du réfrigérant. Avec le réchauffement du réfrigérant, la performance et la spontanéité du chauffage conventionnel sont augmentées et la phase de démarrage à froid du moteur est raccourcie. Les pompes à chaleur fonctionnent sur la base du nouveau système de climatisation CO2. Les chauffages additionnels mentionnés permettent de respecter sans problème la spécification européenne EC et la spécification américaine FMVSS 103 pour le dégivrage du pare-brise sur les véhicules avec moteurs à injection directe. Les éléments CTP font partie des résistances céramiques non linéaires. "CTP" signifie "coefficient de température positif", ce qui veut dire que la résistance électrique augmente avec la température de l'élément. Cela n'est toutefois pas tout à fait exact car dans un premier temps elle baisse alors que la température augmente. La courbe de résistance présente dans cette plage une caractéris - tique de température négative. C'est seulement lorsque la résistance minimale est atteinte que la caractéristique de température change et passe de négative à positive, ce qui signifie qu'avec une température en croissance continue, la résistance augmente tout d'abord lentement, à partir d'environ 80 C, puis forte - ment et ce jusqu'à ce que l'élément CTP n'absorbe pratiquement plus de courant. A ce point, la température de surface de l'élément CTP est, lorsqu il n y a pas d air qui passe par l élément CTP, d'environ 150 C. Celle du cadre métallique est d environ 110 C. 6.1 Structure et fonctionnement Le chauffage CTP est constitué de plusieurs éléments chauffants, d'un cadre de fixation, d'un cadre d'isolation et des relais ou de l'électronique de puissance. Les éléments chauffants se composent d'éléments en céramique CTP, de tôles de contact, de raccords et d'ailettes ondulées en aluminium. Les ailettes ondulées augmentent la surface dégageant la chaleur des tôles de contact. Pour augmenter la transmission thermique côté "air", les ailettes ondulées sont dotées d'encoches. Grâce à l'amélioration de la transmission thermique, l'augmentation du courant de déclenchement peut être sensiblement réduite par rapport aux chauffages additionnels à ailettes ondulées sans encoches. L'avantage est qu'il est possible d'activer plus souvent différents conducteurs CTP. Le chauffage peut donc fonctionner avec une puissance globalement plus élevée. Le savoir-faire dans la réalisation des encoches est issu de la fabrication des radiateurs. Dans le flux d'air du système de climatisation, le chauffage additionnel est disposé directement en aval de l'échangeur thermique conventionnel, un échangeur thermique liquide-air, l'encombrement étant ainsi limité au minimum. Lorsque les températures extérieures sont basses et que le moteur est froid, le chauffage CTP est tout d'abord traversé par de l'air froid ou légèrement réchauffé par l'échangeur thermique. La température et la résistance des éléments chauffants sont faibles, la capacité de chauffage est en revanche élevée. Avec le déclenchement du chauffage conventionnel, la température de l'air et la résistance augmentent, la puissance de chauffage baisse en conséquence. A une température de surface de...d'un chauffage CTP qui est traversé par de l'air à 25 C, un débit volumétrique de 480 kg d'air par heure est atteint. A cette température de l'air, le faisceau de chauffage présente une température moyenne de 50 C. 27

28 6 Chauffage additionnel CTP 6.2 Performance et spontanéité La résistance nominale de l'élément en céramique CTP peut différer, la consommation de courant et la performance changent en conséquence. Une faible résistance nominale permet une grande puissance de chauffage en service. Les puissances des chauffages CTP se situent entre 1 et 2 kw. A 2 kw, la limite de puissance du réseau 12V (150 A à 13 V) est atteinte. Sur un réseau de bord 42 V, des puissances plus élevées seraient possibles. Grâce à la faible masse et au fait que la chaleur produite électriquement est transmise directement au flux d'air, le chauffage CTP se déclenche presque immédiatement. Cette grande spontanéité est la caractéristique du chauffage CTP. Et comme le moteur arrive plus rapidement à température de fonctionnement en raison de la sollicitation supplémentaire de l'alternateur, le chauffage conventionnel se déclenche égale - ment plus vite. Cette capacité de chauffage supplémentaire s'élève à environ deux tiers de la capacité du chauffage CTP. Cette capacité de chauffage peut pratiquement être attribuée au chauffage CTP. La puissance du chauffage CTP du modèle 220 CDI de la nouvelle classe E est de 1,6kw. Le chauffage CTP est monté directement après l'échangeur thermique conventionnel dans le module chauffage-climatisation. Exemple d essai : Le véhicule a été refroidi durant la nuit, pour que la température du carter à huile atteigne moins 20 C. Durant 30 minutes, on a ensuite roulé en soufflerie climatisée et en 3ème à 32 km/h, ce qui constitue une vitesse moyenne réaliste pour la circulation urbaine. Après 20 Minutes, la température moyenne atteignait 18 C dans l'habitacle avec le chauffage CTP, sans le chauffage elle n'atteignait que 10 C. La "température de bien-être" de 24 C a été atteinte après 30 minutes avec le chauffage CTP, sans lui il fallait plus de 50 minutes. 1. Evaporateur 2. Echangeur thermique 3. Chauffage additionnel 6.3 Sécurité de fonctionnement Grâce à la courbe de résistance caractéristique des éléments céramique CTP, toute surchauffe du chauffage CTP est évitée. La température de la surface du cadre métallique est toujours inférieure à 110 C. De plus, la puissance du chauffage CTP est réduite en cas de températures de sortie très élevées de l'échangeur thermique. Une électronique de puissance permet de réguler le chauffage CTP à plusieurs niveaux ou de façon progressive, si bien qu'il peut être adapté à la capacité de chauffage nécessaire ou à la puissance électrique à disposition. 28

29 6.4 Pilotage Le chauffage CTP est piloté soit en externe avec des relais, soit via une régulation intégrée avec une électronique de puissance. Pour le pilotage par relais, le constructeur définit quels niveaux et combien de niveaux seront disponibles. Pour la régulation intégrée au chauffage, on différencie les fonctionnalités mini et maxi. Pour la fonctionnalité mini, les niveaux sont activés séparément. L'électronique de puissance protège le chauffage contre les surtensions, les courts-circuits et les inversions de polarité. Il n'y a pas de possibilité de diagnostic prévue avec cette régulation. Jusqu'à huit niveaux sont possibles dans la régulation étagée. Sur le chauffage CTP utilisé dans la classe E, il y a sept niveaux. Le pilotage dépend du courant disponible et du besoin en chauffage, c'est-à-dire du confort thermique souhaité. Pour la régulation avec fonctionnalité maxi, l'électronique de puissance est par exemple pilotée de façon progressive par le bus LIN ou CAN côté véhicule. Le courant que fournit le réseau de bord dans chaque situation peut ainsi toujours être exploité de façon optimale pour le chauffage additionnel. En plus de la sécurité contre les surtensions, les courts-circuits et les inversions de polarité, l'électronique de puissance à fonctionnalité maxi comporte une protection contre la surintensité par niveau, une protection des circuits imprimés contre la surchauffe et une surveillance de tension. La régulation avec fonctionnalité maxi permet un diagnostic par une EPROM et autorise ainsi l'enregistrement des variantes. (EPROM Erasable Programmable Read Only Memory, donc une mémoire à lecture seule programmable dont le contenu est réinscriptible.) 6.5 Nouveau développement Depuis 2004, on trouve la nouvelle génération de chauffages additionnels CTP qui se distinguent des précédents par un poids réduit, une chute de pression plus faible (économie de puissance de la soufflerie) et des coûts de fabrication plus bas. Caractéristiques techniques Chauffage additionnel électrique ; puissance 1-2 kw Source de chaleur : éléments en céramique CTP autorégulés, température maxi à la surface de la céramique de 150 C s'il n'y a pas d'air qui traverse le faisceau du chauffage Excellente transmission thermique grâce à la technologie des ailettes ondulées avec une faible perte de pression dans l'air soufflé Pilotage étagé ou linéaire via des relais ou une électronique de commande Spontanéité élevée et haut rendement Le montage en système modulaire permet une adaptation optimale à l'espace offert dans le véhicule Sécurité de fonctionnement absolue, pas de risque pour les composants adjacents en raison de la limitation de température inhérente (caractéris - tique CTP) La faible perte de pression n'engendre qu'une faible augmentation de la puissance de la soufflerie nécessaire 29

30 7 Diagnostic, entretien et réparation 7.1 Réfrigérant, antigel et protection anticorrosion Le réfrigérant protège contre le gel, la rouille, la surchauffe et il lubrifie. Réfrigérant est un terme générique pour désigner le réfrigérant se trouvant dans le système de refroidissement. Il a pour rôle d'absorber la chaleur du moteur et de la dissiper par le radiateur. Le réfrigérant est un mélange d'eau du robinet et d'antigel (glycol/éthanol) additionné de divers additifs (substances amères, silicate, antioxydants, antimousse) et coloré. Les substances amères doivent empêcher que le réfrigérant soit bu par inadvertance. Les silicates forment une couche de protection sur les surfaces métalliques et empêchent entre autres des dépôts de tartre. Les antioxydants empêchent la corrosion des composants. Les agents antimousse neutralisent le moussage du réfrigérant. Le glycol lubrifie les composants, conserve la souplesse des flexibles et des joints et augmente le point d'ébullition du réfrigérant. Réfrigérants de couleurs différentes Le rapport de mélange eau/antigel devrait se situer entre 60:40 et 50:50. Ce rapport correspond généralement à une protection antigel de 25 C à 40 C. Le rapport de mélange minimum devrait être de 70:30 et le rapport maximum de 40:60. Une nouvelle augmentation du volume d'antigel (p. ex. 30:70) ne permettra pas d'abaisser davantage le point de gel. Au contraire, un antigel utilisé sans dilution gèle déjà à environ 13 C et ne dissipe pas suffisamment de chaleur à des températures supérieures à 0 C. Le moteur serait alors surchauffé. Comme le glycol présente un point d'ébullition très élevé, le rapport de mélange juste permet d'augmenter le point d'ébullition du réfrigérant jusqu'à 135 C. C'est pourquoi une protection antigel suffisante est également importante dans les pays chauds. Il faut toujours suivre les recommandations du fabricant, la composition type pourrait être 40/60 % ou 50/50 % en utilisant de l'eau inhibée (qualité eau potable). Le réfrigérant ou ses additifs sont soumis à une certaine usure, c'est-à-dire qu'une partie des additifs est "consommée" au cours des années. Si des additifs de protection anticorrosion sont p. ex. consommés, le réfrigérant se colore en brun. C'est pourquoi certains constructeurs recommandent un intervalle de vidange du réfrigérant (p. ex. Opel Sintra : tous les 5 ans). Mais les systèmes de refroidissement des véhicules récents utilisent de plus en plus des réfrigérants Long Life (p. ex. VW G12 Plus). Dans des conditions normales (absence d impuretés), une vidange du réfrigérant n'est plus nécessaire (VW) ou seulement après 15 ans ou km (derniers modèles Mercedes). De manière générale, le réfrigérant devrait être remplacé en cas d impuretés (huile, corrosion) et sur des véhicules qui n'ont pas de réfrigérants Long Life. Il faut impérativement respecter les indications du constructeur concernant les spécifications, l'intervalle de vidange, le rapport de mélange et la miscibilité. Le réfrigérant ne doit pas parvenir dans les eaux souterraines ou être dirigé dans le séparateur d'huile. Il doit être récupéré et éliminé séparément. 7.2 Maintenance du radiateur Le radiateur ne nécessite pas de maintenance étant donnée qu une protection intérieure et extérieure est déjà appliquée lors de la production (spécifique Behr) Un nettoyage au jet de vapeur à basse pression de l'intérieur vers l'extérieur est possible comme pour les condensateurs. 30

31 7.3 Rinçage du système de refroidissement Lorsqu il y a des impuretés dans le réfrigérant, il faut le vidanger et rincer le système de refroidissement. Les sources d impureté peuvent être les suivantes : Huile (joint de culasse défectueux) Rouille (corrosion interne du moteur) Aluminium (corrosion interne du radiateur) Substances étrangères (additifs/produits d'étanchéité) Particules étrangères (pompe à eau défectueuse) Selon le degré d'encrassement, le système de refroidissement doit être nettoyé à l'eau chaude ou avec un liquide de rinçage spécifique. Selon le constructeur et le symptôme, Il existe différents types de rinçage. Audi recommande par exemple sur l'a6 le rinçage avec un liquide spécifique en cas de coloration en rouge-brun du réfrigérant et une dégradation de la puissance de chauffage. Pour le rinçage multiple, il faut démonter le thermostat et mesurer la puissance de chauffage avant et après le rinçage. Sur ses modèles CorsaB, Vectra B et Omega B jusqu'à l année modèle 1997, Opel indique qu'un radiateur obturé peut être la cause d'une température trop élevée du moteur. Dans ce cas, il faut rincer à l'eau chaude (> 50 C) et remplacer également, en plus du radiateur, tous les éléments de conduits du réfrigérant (échangeur thermique, culasse etc.). Le degré d'encrassement et les indications du constructeur définissent ainsi le procédé et le liquide de rinçage utilisé. Il faut noter dans tous les cas, qu'en raison de leur conception dans le cas des systèmes de refroidissement modernes (p. ex. tube plat), tous les composants ne peuvent plus être rincés et doivent par conséquent être remplacés. Tel est notamment le cas des composants suivants : Thermostat Radiateur Vannes électriques Couvercle de fermeture Echangeurs thermiques Si le niveau de réfrigérant dans le réservoir de compensation n'est plus identifiable en raison de l'encrassement (huile, rouille), il faut également le remplacer. En principe, le thermostat et le couvercle doivent être remplacés. Si l'on utilise des produits de nettoyage de systèmes de refroidissement spécifiques, il faut veiller à ce qu'ils n'attaquent pas les produits d étanchéité et qu'ils ne soient pas déversés dans les eaux souterraines ou ne passent par le séparateur d'huile. Les produits de nettoyage doivent être collectés avec le réfrigérant et éliminés séparément. Après le rinçage, il faut remplir le système avec du réfrigérant conformément aux indications du constructeur (respecter les spécifications et le rapport de mélange), le purger et contrôler le fonctionnement et l'étanchéité. 7.4 Purge du système au remplissage Des inclusions d'air dans le système de refroidissement des véhicules sont un problème largement répandu. Ces "bulles d'air" sont provoquées par le positionnement du radiateur ou du vase d'expansion au niveau du moteur du véhicule ou même sous celui-ci. La purge complète du système de refroidissement après une réparation ou une vidange de réfrigérant peut ainsi poser 31

32 7 Diagnostic, entretien et réparation un problème sérieux. L'air resté dans le système de refroidissement réduit considérablement la circulation du réfrigérant et peut entraîner une surchauffe du moteur et les dommages qui en résultent. Le système Hella-Airlift (référence : 8PE ) apporte ici une solution. Il permet : d'éliminer les bulles d'air de rechercher les fuites d'effectuer un nouveau remplissage rapide du système de refroidissement. Airlift est raccordé au radiateur ou au vase d'expansion avec les adaptateurs joints. Raccordez ensuite un tuyau à air comprimé avec lequel vous utilisez avec vos outils pneumatiques. Le système de refroidissement est alors mis sous vide via une vanne spéciale et une forte dépression est générée. Le tuyau est raccordé et le mélange eau-antigel nouveau est versé dans le système de refroidissement à l aide d un récipient propre (seau, bidon). Le manomètre qui indique la dépression sur le dispositif Airlift permet égale - ment de contrôler l'étanchéité de l'ensemble du système. 7.5 Défauts typiques Radiateur Les photos montrent des défauts typiques provoqués par diverses causes. Tous les défauts entraînent une réduction de performance du radiateur. Les réparations ne sont pas courantes sur les radiateurs de refroidissement Le dépôt provoqué par fuite d'huile provient de l'huile moteur qui arrive dans le circuit du réfrigérant en raison de la détérioration d un joint de culasse. Dépôt calcaire dû à l'utilisation d'eau pure (sans réfrigérant). Les additifs provoquent des réactions avec le matériau et le réfrigérant. modernes étant donné que le soudage d'aluminium est difficile et qu'il pourra éventuellement obstruer les petits canaux. Il ne faut pas utiliser de produits d'étanchéité car il provoquent des obstructions et réduisent le rendement Echangeur thermique (élément de chauffage) Les dépôts calcaires et l'utilisation de produits d'étanchéité peuvent provoquer des obturations sur les échangeurs thermiques comme sur les radiateurs. Elles peuvent être partiellement éliminées par rinçage avec certains produits de nettoyage. Respecter les indications des constructeurs. 32

33 7.6 Contrôle du système de refroidissement et diag - nostic Le moteur surchauffe : En cas de dysfonctionnements dans le système de refroidissement tels que le chauffage qui ne chauffe pas, le moteur qui n'atteint pas sa température de fonctionnement ou une surchauffe, il est possible de déceler la cause du défaut avec des moyens simples. Il convient de vérifier dans un premier temps si le niveau de réfrigérant du système de refroidissement est suffisant, vérifier la présence d'impuretés, l'antigel et les fuites. Veiller également à une tension suffisante de la courroie trapézoïdale ou de la courroie trapézoïdale à nervures. Selon le symptôme, la recherche des défauts peut en - suite être poursuivie comme décrit ci-après, par observation ou mesures de températures : La température affichée est-elle réaliste? (vérifier éventuellement la sonde de température d'eau de refroidissement et l'instrument d'affichage) Le radiateur ou les éléments en amont (condensateur) sont-ils exempts d'impuretés pour garantir un passage sans entrave de l'air? (nettoyer éventuellement les composants) Le ventilateur du radiateur ou le ventilateur complémentaire fonctionne-til? (vérifier le point d'enclenchement, le fusible, l'absence de détériorations mécaniques du thermostat, de l'appareil de commande Le thermostat s'ouvre-t-il? (mesurer la température en amont et en aval du thermostat, démonter éventuellement celui-ci et le contrôler dans un bain d'eau) Le radiateur est-t-il bouché? (vérifier la température à l'entrée et à la sortie du radiateur, contrôler le débit) La pompe à eau fonctionne-t-elle? (vérifier si la roue de la pompe n'est pas lâche sur l'axe d'entraînement) La soupape de sur- ou de dépression du couvercle du radiateur ou du vase d'expansion fonctionne-t-elle? (utiliser éventuellement une pompe test, vérifier si le joint du couvercle est endommagé ou présent) Le moteur ne chauffe pas : Le chauffage ne devient pas suffisamment chaud : La température affichée est-elle réaliste? (vérifier éventuellement la sonde de température d'eau de refroidissement et l'instrument d'affichage) Le thermostat est-il ouvert durablement? (mesurer la température en amont et en aval du thermostat, démonter éventuellement celui-ci et le contrôler dans un bain d'eau) Le ventilateur du radiateur ou le ventilateur complémentaire fonctionne-til en permanence? (vérifier le point d'enclenchement, le thermo-rupteur, l'appareil de commande du ventilateur) Le moteur atteint-il sa température de fonctionnement ou l'eau de refroidissement devient-elle chaude? (effectuer éventuellement d'abord les étapes de contrôle sous "Le moteur ne chauffe pas" La soupape de chauffage s'ouvre-t-elle? (vérifier la commande électrique ou le câble Bowden et la soupape) Le refroidisseur du chauffage (échangeur thermique) est-il obturé? (vérifier la température à l'entrée et à la sortie de l'échangeur thermique ainsi que le débit) La commande des volets fonctionne-t-elle? (vérifier les positions des volets et les butées, la fonction air frais air de circulation, les buses de sortie d'air) Le ventilateur de l'habitacle fonctionne-t-il? (bruits, paliers du ventilateur) Le ventilateur de l'habitacle est-il encrassé ou le passage d'air est-il établi? (vérifier le filtre de l'habitacle, la présence d'air parasite dans les canaux de ventilation) 33

34 8 Refroidissement régulé électroniquement (exemple VW 1,61 moteur APF) 8.1 Niveau de température du réfrigérant Le rendement du moteur est fonction de son parfait refroidissement. Dans le cas de la régulation du refroidissement par thermostat, les températures du réfrigérant se situent, dans la plage de charge partielle, entre 95 C et 110 C et en pleine charge entre 85 C et 95 C. Des températures plus élevées dans la plage de charge partielle donnent un niveau de puissance plus favorable, qui se répercute sur la consommation et les substances nocives dans les gaz d'échappement. Des températures plus basses à pleine charge augmentent la puissance. L'air aspiré est moins échauffé, augmentant ainsi la puissance. Niveau de température du réfrigérant en fonction de la charge du moteur Plage de pleine charge 85 C - 95 C Charge Plage de charge partielle 95 C C Régime 8.2 Aperçu du système de refroidissement régulé électroniquement Boîtier de distribution du réfrigérant Départ Retour Thermostat à commande électronique 34

35 Le développement d'un refroidissement à régulation électronique avait pour but de régler la température du moteur à une valeur de consigne selon l'état de charge. Une température de fonctionnement optimale est réglée via le thermostat à chauffer électriquement et les paliers du ventilateur/radiateur en fonction des cartographies mémorisées dans le calculateur moteur. Le refroidissement peut être ainsi adapté dans l'ensemble de l'état de puissance et de charge du moteur. Avantages de l'adaptation de la température du réfrigérant à l'état de fonctionnement momentané du moteur : Réduction de la consommation dans la plage de charge partielle Réduction des émissions de CO et HC Modifications par rapport au circuit de refroidissement habituel : Intégration dans le circuit de refroidissement par des modifications de construction minimales Le boîtier de distribution du réfrigérant et le thermostat forment une seule unité Le régulateur de réfrigérant (thermostat) est supprimé sur le bloc moteur Le calculateur moteur contient en plus les cartographies du système de refroidissement régulé électroniquement. 8.3 Boîtier de distribution du réfrigérant Sonde de température du réfrigérant Niveau supérieur avec alimentation du réfrigérant depuis le moteur Alimentation vers le refroidisseur Niveau supérieur Vers l'échangeur thermique Niveau inférieur Retour du refroidisseur Raccord chauffage - thermostat Vers le refroidisseur d'huile de boîte Canal du niveau supérieur au niveau inférieur Vers la pompe de réfrigérant Unité régulation réfrigérant Retour refroidisseur d'huile En provenance de l'échangeur thermique Le boîtier de distribution du réfrigérant est monté directement sur la culasse, à la place de la tubulure de raccordement. Il doit être considéré à deux niveaux. Les différents composants sont alimentés en réfrigérant par le niveau supérieur. L'alimentation de la pompe de réfrigérant constitue une exception. Le retour du réfrigérant depuis les différents composants est raccordé au niveau inférieur du boîtier de distribution du réfrigérant. Un canal vertical raccorde les niveaux supérieur et inférieur. Le thermostat ouvre/ferme le canal vertical avec sa petite coupelle. Le boîtier de distribution du réfrigérant est pratiquement la station de distribution du réfrigérant vers le petit ou le grand circuit de refroidissement. 35

36 8 Refroidissement régulé électroniquement (exemple VW 1,61 moteur APF) 8.4 Unité de régulation du réfrigérant Elément à substance dilatable Tête de soupape fermant le long circuit de réfrigérant Tête de soupape fermant le circuit court de réfrigérant Ressort de pression Tige Raccordement unité de régulation Chauffage à résistance Substance dilatable Eléments fonctionnels Thermostat à substance dilatable (avec élément en cire) Chauffage ohmique dans l'élément de cire Ressorts de pression pour la fermeture mécanique des canaux de réfrigérant, 1 grande et 1 petite coupelles de soupape Fonctionnement Le thermostat à substance dilatable dans le boîtier de distribution du réfrigérant est constamment entouré de réfrigérant. L'élément de cire règle sans être chauffé comme précédemment, mais il est conçu pour une autre température. Par la température du réfrigérant, la cire devient liquide et se dilate. Cette dilatation provoque une course à la tige. Cette manœuvre se produit normalement sans courant, selon le nouveau profil de température du réfrigérant de 110 C en sortie de moteur. Une résistance chauffante est placée dans l'élément de cire. Si du courant est appliqué, il réchauffe l'élément de cire et la course, c'est-à-dire le décalage, ne se fait pas seulement en fonction de la température du réfrigérant, mais également selon la cartographie prédéfinie par le calculateur moteur. 8.5 Circuit de refroidissement long et court Comme sur les circuits précédents, il existe deux circuits commandés dans ce cas. Le circuit court, au démarrage à froid du moteur et à charge partielle, sert au réchauffement rapide du moteur. Le refroidissement du moteur à commande cartographique n'agit pas encore. Le thermostat dans le boîtier de distribution du réfrigérant a fermé le retour du radiateur et ouvert le circuit court vers la pompe de réfrigérant. Le radiateur n'est pas intégré dans la circulation du réfrigérant. 36

37 Le circuit de réfrigérant long est ouvert soit par le thermostat dans le régulateur de réfrigérant lorsqu'une température de 110 C est atteinte ou selon la charge, par la cartographie. Le radiateur est alors intégré dans la circulation du réfrigérant. Des ventilateurs électriques sont activés selon les besoins pour assister le refroidissement par le vent pendant le roulage ou au ralenti. 8.6 Commande électronique - aperçu Le calculateur moteur a été complété par des raccords pour les capteurs et les acteurs du système de refroidissement régulé électriquement : Alimentation du thermostat (sortie) Température de retour du radiateur (entrée) Commande du ventilateur du radiateur (2 fois sortie) Potentiomètre au régulateur de chauffage (entrée) Les sondes du calculateur moteur sont utilisées pour toutes les autres informations nécessaires. Régime moteur Refroid. moteur commandé par diagramme caract. Mesure masse d'air et température air aspiré ECU Temp. réfrigérant (sortie moteur) Temp. réfrigérant (sortie refroidisseur) CAN Commande ventil. réfrig. Potentiomètre pour sélection temp. Diagnostic GMV 2 Volet temp.-pos. commutateur Signal de vitesse (ABS) GMV 1 Vanne fermeture réfrigérant (2 voies) Le calcul des fonctions pour la température de la cartographie est effectué chaque seconde. La régulation du système est initiée en fonction des résultats des calculs. Activation (Alimentation) de la résistance de chauffage dans le thermostat pour le refroidissement du moteur commandé par diagramme caractéris - tique en vue d'ouvrir le circuit de refroidissement (réglage de la température du réfrigérant). Commande des ventilateurs de radiateur pour soutenir la baisse rapide de la température du réfrigérant. 37

38 8 Refroidissement régulé électroniquement (exemple VW 1,61 moteur APF) 8.7 Régulation de la température du réfrigérant en cas de demande de chauffage Lors de la conduite entre charge partielle et pleine charge, la température du réfrigérant peut varier entre 110 C et 85 C. Une différence de température de 25 C serait ressentie comme inconfortable dans l'habitacle du véhicule si le chauffage est réglé. Le conducteur serait continuellement en train de corriger le réglage. Par le potentiomètre, l'électronique du système de refroidissement identifie la demande de chauffage du conducteur et règle la température du réfrigérant en conséquence, p. ex. à partir de la position du bouton 70 % = température du réfrigérant = 95 C. Potentiomètre Un microrupteur au bouton rotatif pour la sélection de la température s'ouvre, dès que la position n est plus sur "chauffage arrêt". Une vanne deux voies pneumatique est ainsi commandée et ouvre par manque de pression la vanne d arrêt du réfrigérant pour l'échangeur thermique du chauffage. Microrupteur Charge partielle Charge partielle Pleine charge 8.8 Cartographie - valeurs théoriques La commande du thermostat pour le refroidissement du moteur commandé par cartoghraphie (grand ou petit circuit de refroidissement) est réglé par cartographies. Les valeurs théoriques de la température y sont enregis - trées. La charge du moteur est déterminante. La charge (masse d'air) et le régime donnent la température du réfrigérant à régler. Temp. de consigne C 90 C Masse d'air kg/h Régime moteur 38

39 Dans une deuxième cartographie sont mémorisées les valeurs théoriques de la température en fonction de la vitesse et de la température de l'air d admission. Il en résulte une température du réfrigérant à régler. A partir de la comparaison des cartographies 1 et 2, c est la plus petite valeur qui est utilisée comme valeur théorique et le thermostat est réglé en conséquence. Le thermostat n'est activé que lorsqu'un seuil de température a été dépassé et que la température du réfrigérant est juste inférieure à la valeur théorique. Temp. de consigne C 85 C Vitesse en km/h Air aspiré C 8.9 Capteur de température du réfrigérant Les capteurs de températures fonctionnent comme des capteur NTC. Les valeurs théoriques de température du réfrigérant sont enregistrés dans le calculateur moteur sous forme de cartographies. Les valeurs réelles de la température du réfrigérant sont mesurées en deux points différents du circuit de refroidissement et transmises au calculateur sous forme de signaux de tension. Valeur réelle 1 du réfrigérant directement à la sortie du réfrigérant au moteur dans le distributeur de réfrigérant. Valeur réelle 2 du réfrigérant au radiateur avant la sortie du réfrigérant. Sortie moteur, capteur de température du réfrigérant Utilisation des signaux : la comparaison entre les températures théoriques enregistrées dans les cartographies et la température réelle 1 donne le rapport cyclique pour l'application du courant de la cartographie dans le thermostat. La comparaison entre les valeurs réelles 1 et 2 du réfrigérant est la base de la commande des ventilateurs électriques pour le réfrigérant. Fonction de remplacement : En cas de défaillance du capteur de température du réfrigérant (sortie moteur), la régulation de la température du réfrigérant est poursuivie avec une valeur de remplacement définie de 95 C et le palier 1 du ventilateur est constamment activé. En cas de défaillance du capteur de température du réfrigérant (sortie radiateur), la régulation reste active et le palier 1 du ventilateur est constamment activé. Le palier 2 du ventilateur est activé en cas de dépassement d'un certain seuil de température. En cas de défaillance des deux capteurs, une tension maximale est appliquée à la résistance chauffante et le palier 2 du ventilateur est constamment activé. 39

40 8 Refroidissement régulé électroniquement (exemple VW 1,61 moteur APF) 8.10 Thermostat à commande cartographique Une résistance chauffante est noyée dans l'élément de cire du thermostat à substance dilatable. Elle chauffe la cire qui se dilate générant ainsi la course "X" de la tige selon la cartographie. La course "X" provoque le décalage mécanique du thermostat. Le chauffage est commandé par le calculateur moteur selon la cartographie via un signal PWM (modulation des largeurs d'impulsion). Un chauffage différent est obtenu en fonction de la largeur d'impulsions et du temps. Règle : PWM low (sans tension) = température élevée du réfrigérant PWM high (avec tension) = température basse du réfrigérant Tige Elément de cire Absence de tension de service : Le réglage est uniquement effectué par élément à substance dilatable Le palier 1 du ventilateur est constamment activé Résistance de chauffage Le chauffage du thermostat ne sert pas au réchauffement du réfrigérant, il réchauffe de manière ciblée = règle le thermostat pour ouvrir le grand circuit de réfrigérant. Aucune tension n'est appliquée à l'arrêt ou au démarrage moteur Conclusion Les systèmes de refroidissement modernes sont devenus beaucoup plus techniques comme tous les autres systèmes qui sont actuellement montés dans l'automobile. Afin de comprendre et de diagnostiquer les systèmes de Thermo Management actuels, des connaissances de base ne suffisent plus. Une compétence systèmes ainsi qu une capacité de pensée logique sont indispensables. Hier, nous étions dans le refroidissement moteur, aujourd hui nous sommes dans le Thermo Management. 40

41 9. Information Technique 9.1 Réservoir de compensation Généralités Structure et fonctionnement Le réservoir de compensation du système de refroidissement est la plupart du temps en matière plastique et il sert à récupérer le liquide de refroidissement expansé. En règle générale il est monté de telle sorte qu'il représente le point le plus élevé du système de refroidissement. Pour faciliter le contrôle du niveau de liquide de refroidissement, il est transparent et il est muni des inscriptions "Min" et "Max". Il peut également être accompagné d'un indicateur de niveau électronique. Une compensation de pression s'exerce dans le système de refroidissement par l'intermédiaire de la soupape qui est placée dans le couvercle du réservoir de compensation. Une élévation de la température du liquide de refroidissement augmente la pression dans le système de refroidissement en raison de la dilatation du liquide de refroidissement. Cela augmente la pression dans le réservoir de compensation et la soupape de surpression située dans le couvercle s'ouvre, laissant s'échapper de l'air. Conséquences en cas de défaillance Lorsque la température du liquide de refroidissement s'est normalisée, une dépression s'établit dans le système de refroidissement. Le liquide de refroi - dissement est aspiré du réservoir. Une dépression s'établit alors également dans le réservoir. La vanne de compensation de la dépression s'ouvre alors dans le couvercle du réservoir. L'air passe dans le réservoir jusqu'à ce que l'équilibre de pression soit atteint. Une défaillance et/ou un défaut du réservoir de compensation peut se manifester comme suit : Perte de liquide de refroidissement (fuite) au niveau de divers composants ou au niveau du réservoir de compensation lui-même Augmentation de la température du liquide de refroidissement et donc du moteur Rupture/éclatement du réservoir de compensation ou d'autres composants Les causes peuvent en être les suivantes : Surpression dans le système de refroidissement en raison d'une soupape défectueuse dans le couvercle Fatigue matière Recherche de défauts Etapes de contrôle pour la détection des défauts: Contrôler le niveau de liquide de refroidissement et la teneur en antigel Contrôler coloration/impuretés (huile, produits d'étanchéité, dépôts de calcaire) du liquide de refroidissement Contrôler les défauts d'étanchéité et le fonctionnement du thermostat, du radiateur, de l'échangeur thermique, des tuyaux et des raccords Le cas échéant, procéder à un contrôle de la pression du système de refroidissement Surveiller les inclusions d'air dans le système de refroidissement et le purger si nécessaire, conformément aux spécifications du constructeur Quand tous les points ci-dessus ont été exécutés sans problème, remplacer le couvercle du réservoir de compensation. Il est très difficile de contrôler l'état de la soupape située dans le couvercle. 41

42 9. Information Technique 9.2 Radiateur de refroidissement Généralités Structure et fonctionnement Conséquences en cas de défaillance Dépôts de calcaire Recherche de défauts 1. Réservoir d'eau 2. Refroidisseur d'huile 3. Joints 4. Ailettes (faisceau) 5. Tôles latérales 6. Fond 7. Tube de refroidissement Les radiateurs de refroidissement sont positionnés dans le passage de l'air au niveau du bloc avant du véhicule et se distinguent par leur conception. Leur rôle est de rejeter dans l'air ambiant la chaleur produite par la combustion dans le moteur et captée par le liquide de refroidissement. D'autres radiateurs peuvent se trouver dans ou contre le radiateur de refroidissement, pour les boîtes automatiques par exemple. La pièce la plus importante d'un module de refroidissement est le radiateur de refroidissement. Il se compose d'un bloc radiateur et d'un réservoir d'eau, avec toutes les connexions et les éléments de fixation nécessaires. Le bloc du radiateur lui-même est relié aux fonds tubulaires et aux éléments latéraux par le faisceau de refroidissement un système tube/ailettes. Les radiateurs de refroidissement ordinaires ont un caisson à réfrigérant en polyamide renforcé de fibres de verre, qui est fixé sur le fond tubulaire avec un joint et un bord rabattu. La tendance actuelle est au radiateur 100 % aluminium, qui a un faible poids et un encombrement minime. Par ailleurs ils sont 100 % recyclables. Le refroidissement du liquide de refroidissement s'effectue par les ailettes de refroi - dissement (faisceau). L'air extérieur circulant dans le faisceau de refroidissement diminue la température du liquide de refroidissement. Au niveau de la conception, il faut faire la distinction entre radiateur à flux descendant et radiateur à flux transversal. Avec le radiateur à flux descendant, l'eau pénètre par le haut et ressort pas le bas. Avec le radiateur à flux transversal, l'eau de refroi dissement entre d'un côté et ressort de l'autre. Pour le radiateur à flux transversal, si l'entrée et la sortie se font du même côté, le réservoir d'eau est cloisonné. Ainsi le liquide de refroidissement s'écoule dans le radiateur en sens opposé dans la partie supérieure et la partie inférieure. Les radiateurs à flux transversal sont plus bas et sont donc tout à fait adaptés aux voitures particulières. Une défaillance du radiateur peut se manifester comme suit : Refroidissement insuffisant Température du moteur élevée Fonctionnement permanent du moto-ventilateur Mauvais fonctionnement de la climatisation Les causes peuvent en être les suivantes : Perte de liquide de refroidissement dû une dégradation du radiateur (gravillonnage, accident) Perte de liquide de refroidissement dû à la corrosion ou à des raccords non étanches Echanges thermiques insuffisants dus à la pollution extérieure ou intérieure (saletés, insectes, dépôts de calcaire) Eau de refroidissement polluée ou trop vieille Dépôts dus à des fuites d'huile 42 Etapes de contrôle pour la détection des défauts : Vérifier la propreté extérieure du radiateur de refroidissement et, le cas échéant, le nettoyer à l'air comprimé à puissance réduite ou au jet. Sans trop toucher aux lamelles du radiateur Contrôler la présence de dégradations extérieures et l'étanchéité (raccords des tuyaux, rabattement des bords, lamelles, boîtiers en plastique) Contrôler coloration/impuretés du liquide de refroidissement (par exemple, huile, suite à joint de culasse défectueux) et vérifier l'antigel. Vérifier la circulation du liquide de refroidissement (bouchage par corps étrangers, produit d'étanchéité, dépôts de calcaire) Mesurer la température d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement à l'aide d'un thermomètre infrarouge (par exemple, le Behr Hella Service Réf.: 8PE )

43 9.3 Refroidisseur d'air de suralimentation Généralités Structure et fonctionnement Refroidissement air de suralimentation direct Refroidissement de l'air de suralimentation indirect / Collecteur d admission avec RAS intégré Augmentation de la performance dans toute la plage des vitesses de rotation, faible consommation de carburant, amélioration du rendement moteur, diminution du volume des gaz d'échappement, réaspiration thermique du moteur il y a une foule de raisons de refroidir l'air de combustion des moteurs suralimentés à l'aide de refroidisseurs d'air de suralimentation. D'une manière générale il faut distinguer deux types de refroidissement. Le refroidissement d'air de suralimentation direct, où le refroidisseur d'air de suralimentation est monté à l'avant du véhicule et refroidi par l'air ambiant (vent pendant le roulage) et le refroidissement d'air de suralimentation indirect pour lequel le refroidisseur d'air de suralimentation est traversé par le liquide de refroidissement qui répartit la chaleur. La structure du refroidisseur d'air de suralimentation correspond à celle du radiateur de refroidissement. Le moyen de refroidissement utilisé pour le refroidisseur d'air de suralimentation n'est pas le liquide de refroidissement, mais l'air chaud, comprimé, provenant du turbocompresseur (jusqu'à 150 C). D'une manière générale, l'air extérieur ou le liquide de refroidissement du moteur peuvent faire baisser la température de l'air de suralimentation. L'air de suralimentation entre dans le refroidisseur d'air de suralimentation et, grâce au refroidissement direct de l'air de suralimentation, il est traversé par le vent pendant le roulage et arrive refroidi au conduit d'as - piration du moteur. En ce qui concerne le refroidisseur d'air de suralimentation refroidi par liquide, le choix de son emplacement est quasiment libre, étant donné son faible encombrement. Ainsi par exemple, dans le cas d'un refroidissement d'air d'aspiration indirect le refroidisseur d'air de suralimentation refroidi par liquide et le conduit d'aspiration peuvent constituer une seule entité. Cependant, sans un circuit de refroidissement supplémentaire, la température de l'air de suralimentation ne peut diminuer que jusqu'à concurrence de la température du liquide de refroidissement. A l'aide d'un circuit de refroidissement LLK indépendant du circuit de refroi - dissement moteur, le rendement du moteur est accru par l'augmentation de la densité de l'air. Un radiateur de refroidissement basse température et un refroidisseur d'air de suralimentation par liquide sont intégrés dans ce circuit. La chaleur de l'air de suralimentation est tout d'abord transmise au liquide de refroidissement, puis elle est évacuée dans l'air ambiant via le radiateur de refroidissement basse température. Le radiateur de refroidissement basse température est disposé dans le bloc avant du véhicule. Comme le radiateur de refroidissement basse température nécessite beaucoup moins de place qu'un refroidisseur d'air de suralimentation ordinaire à air, cela libère de la place dans le bloc avant. On évite ainsi les conduits d'air de suralimentation volumineux. Refroidisseur air de suralimentation à liquide Pompe à liquide refroidisseur air de suralimentation Liquide de refroidissement Pompe à liquide de refroidissement moteur Pompe à liquide de refroidissement moteur Radiateur de refroidissement basse température 43

44 9. Information Technique Conséquences en cas de défaillance Une défaillance du refroidisseur d'air de suralimentation peut se manifester comme suit : Manque de puissance du moteur Perte de liquide de refroidissement (cas du LLK refroidi par liquide) Pollution accrue Augmentation de consommation de carburant Les causes peuvent en être les suivantes : Raccords tuyaux/flexibles liquide de refroidissement endommagés ou bouchés Perte de liquide de refroidissement ou présence d'air parasite due à des fuites Dégradations extérieures (gravillonnage, accident) Diminution du débit d'air (saletés) Echanges thermiques insuffisants dus à la pollution intérieure (corrosion, produit d'étanchéité, dépôts de calcaire) Panne de la pompe à liquide de refroidissement (pour les radiateurs de refroidissement basse température) Recherche de défauts Etapes de contrôle pour la détection des défauts : Vérifier le niveau du liquide de refroidissement Contrôler impuretés/colorations du liquide de refroidissement et de l'antigel Vérifier présence de dégradations ou de salissures Vérifier présence éventuelle de fuites au niveau des composants et des connexions (raccords tuyaux) Vérifier la pompe à liquide de refroidissement Vérifier les ventilateurs et les ventilateurs de complément Contrôler le débit (bouchage par corps étrangers, corrosion) 9.4 Refroidisseurs d'huile Généralités Structure et fonctionnement Différents refroidisseurs d'huile Refroidisseur d huile à plaques superposées 44 Le refroidissement des huiles fortement sollicitées thermiquement (moteur, boîte de vitesses, direction assistée) par l'intermédiaire de refroidisseurs d'huile, c'està-dire l'assurance d'avoir une température pratiquement constante, entraîne d'énormes avantages. Les délais entre deux changements d'huile s'allongent et la durée de vie de certains composants s'élève. Selon les besoins, les refroidisseurs d'huile sont situés dans le ou au niveau du radiateur de refroidissement ou directement sur le bloc moteur. D'une manière générale, on a le choix entre des types de refroidisseurs d'huile à air ou à liquide de refroidissement. Pour les systèmes hydrauliques fortement sollicités, un refroidissement conventionnel ne suffit plus aujourd'hui. Ainsi, par exemple, le refroidissement de l'huile moteur est très irrégulier, car il dépend de la température extérieure et du vent pendant le roulage. Les refroidisseurs d'huile à air, qui se trouvent dans le passage de l'air au niveau du bloc avant du véhicule, contribuent à un refroidissement suffisant de la température de l'huile. Les refroidisseurs d'huile à liquide de refroidissement sont reliés au circuit du liquide de refroidissement du moteur et offre une régulation optimale de la température. Dans ce cas, le refroidisseur d'huile est traversé par le liquide de refroidissement. Lorsque le moteur est chaud, le liquide de refroidissement abaisse la température de l'huile et la refroidit. Lorsque le moteur est froid, le liquide de refroidissement se réchauffe plus rapidement que l'huile et il élève ainsi la température de l'huile. L'huile atteint donc plus rapidement sa température de fonctionnement. Une montée rapide en température de fonctionnement, ainsi qu'une température de fonctionnement constante, est particulièrement importante pour les boîtes de vitesses automatiques et les directions assistées. Sinon il y danger que la direction, par exemple, soit trop dure ou trop souple. Les refroidisseurs à tubes sont de plus en plus remplacés aujourd'hui par des refroidisseurs à plaques superposées 100 % aluminium. Ils offrent un refroidissement des surfaces plus important, dans un volume moindre et il peuvent être montés dans les endroits les plus divers du compartiment moteur.

45 Conséquences en cas de défaillance Une défaillance du refroidisseur d'huile peut se manifester comme suit : Refroidissement insuffisant Perte d'huile Elévation de la température de l'huile Liquide de refroidissement pollué Les causes peuvent en être les suivantes : Echanges thermiques insuffisants dus à la pollution extérieure ou intérieure (insectes, poussières, résidus boueux d'huile, corrosion) Perte d'huile due à des dégradations (accident) Entrée d'huile dans le système de refroidissement (manque d'étanchéité à l'intérieur) Perte d'huile due à des raccords non étanches Recherche de défauts Etapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau d'huile et de liquide de refroidissement Contrôler si le refroidisseur d'huile présente des salissures extérieures, des dégradations (craquelures) Contrôler impuretés/colorations du liquide de refroidissement et de l'antigel Contrôler s'il existe des fuites extérieures (raccords) Contrôler le débit (bouchage par corps étrangers, corrosion, résidus boueux d'huile etc.) 9.5 Chauffage auxiliaire CTP Généralités En raison du haut rendement des moteurs modernes à injection directe (par ex. TDI), la chaleur dissipée n'est plus suffisante lors des jours de froid pour assurer un réchauffement rapide de l'habitacle. Les chauffages auxiliaires CTP (Figure 1), qui sont montés en amont de l'échangeur thermique dans le sens de déplacement du véhicule, permettent un réchauffement plus rapide de l'habitacle. Ils se composent de plusieurs résistances commandées électriquement en fonction de la température. L'énergie est captée immédiatement au réseau de bord électrique et elle est acheminée directement sous forme de chaleur dans l'habitacle avec le flux d'air de la soufflerie. Fig. 1 Structure et fonctionnement B A Fig. 2 Les éléments CTP font partie des résistances céramiques non linéaires. "CTP" signifie "coefficient de température positif", ce qui veut dire que la résistance électrique augmente avec la température de l'élément. Cela n'est toutefois pas tout à fait exact car, dans un premier temps, elle baisse alors que la température augmente. La courbe de résistance présente dans cette plage une caractéristique de température négative. C'est seulement lorsque la résistance minimale est atteinte que la caractéristique de température change et passe de négative à positive, ce qui signifie qu'avec une température en croissance continue, la résistance augmente tout d'abord lentement, à partir d'environ 80 C, puis fortement et ce jusqu'à ce que les éléments CTP n'absorbent pratiquement plus de courant. A ce point, la température de surface est d'environ 150 C, lorsqu il n y a pas d air qui passe par l élément CTP; celle du cadre métallique est d environ 110 C. Le chauffage CTP est constitué de plusieurs éléments chauffants (Figure 2, repère A), d'un cadre de fixation, d'un cadre d'isolation et de relais ou de l'électronique de puissance (Figure 2, repère B). 45

46 9. Information Technique = Chauffage aux. CTP 2 = Echangeur thermique 3 = Evaporateur Les éléments chauffants se composent d'éléments en céramique CTP, de tôles de contact, de raccords et d'ailettes ondulées en aluminium. Les ailettes ondulées augmentent la surface des tôles de contact qui dégagent de la chaleur. Pour augmenter la transmission thermique côté "air", les ailettes ondulées sont dotées d'encoches. Grâce à l'amélioration de la transmission thermique, l'augmentation du courant de déclenchement peut être sensiblement réduite par rapport aux chauffages additionnels à ailettes ondulées sans encoches. L'avantage est qu'il est possible d'activer plus souvent les différents conducteurs CTP. Le chauffage peut donc fonctionner avec une puissance globalement plus élevée. Le savoir-faire dans la réalisation des encoches est issu de la fabrication des radiateurs. Dans le flux d'air du système de climatisation, le chauffage additionnel est disposé directement en aval de l'échangeur thermique conventionnel, l'encombrement étant ainsi limité au minimum. Lorsque les températures extérieures sont basses et que le moteur est froid, le chauffage CTP est tout d'abord traversé par de l'air froid ou légèrement réchauffé par l'échangeur thermique. La température et la résistance des éléments chauffants sont faibles, la capacité de chauffage est en revanche élevée. Avec le déclenchement du chauffage conventionnel, la température de l'air et la résistance augmentent, la puissance de chauffage baisse en conséquence. A une température de surface de d'un chauffage CTP qui est traversé par de l'air à 25 C, un débit volumétrique d'environ 480 kg d'air par heure est atteint. A cette température de l'air, le faisceau de chauffage présente une température moyenne de 50 C. La résistance nominale des éléments CTP peut différer, la consommation de courant et la performance changent en conséquence. Une faible résistance nominale permet une grande puissance de chauffage en service. Les puissances des chauffages CTP se situent entre 1 et 2 kw. A 2 kw, la limite de puissance du réseau 12V (150 A à 13 V) est atteinte. Sur un réseau de bord 42 V, des puissances plus élevées seraient possibles. Grâce à la faible masse et au fait que la chaleur produite électriquement est transmise directement au flux d'air, le chauffage CTP se déclenche presque immédiatement. Cette grande spontanéité est la caractéristique du chauffage auxiliaire CTP. Et comme le moteur atteint plus rapidement la température de fonctionnement en raison de la sollicitation supplémentaire de l'alternateur, le chauffage conventionnel se déclenche également plus vite. Cette capacité de chauffage supplémentaire s'élève à environ deux tiers de la capacité du chauffage CTP. Cette capacité de chauffage peut pratiquement être attribuée au chauffage CTP. Grâce à la courbe de résistance caractéristique des éléments CTP, toute surchauffe du chauffage CTP est évitée. La température de la surface du cadre métallique est toujours inférieure à 110 C. De plus, la puissance du chauffage CTP est réduite en cas de températures de sortie très élevées de l'échangeur thermique. Une électronique de puissance permet de réguler le chauffage CTP à plusieurs niveaux ou de façon progressive, si bien qu'il peut être adapté à la capacité de chauffage nécessaire ou à la puissance électrique à disposition. Le chauffage CTP est piloté soit en externe avec des relais, soit via une régulation intégrée avec une électronique de puissance. Pour le pilotage par relais, le constructeur définit quels niveaux et combien de niveaux seront disponibles. Pour la régulation intégrée au chauffage, on différencie les fonctionnalités mini et maxi. Pour la fonctionnalité mini, les niveaux sont activés séparément. 46