REFROIDISSEMENT VÉHICULE UN CONDENSÉ DE CONNAIS SANCES POUR LES GARAGES

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1 REFROIDISSEMENT VÉHICULE UN CONDENSÉ DE CONNAIS SANCES POUR LES GARAGES

2 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 des composants du refroidissement moteur et de la climatisation. Les éléments de ces deux ensembles, 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 spécifi cités et les possibilités de diagnostic. Exclusion de responsabilité / Crédits photos Les informations contenues dans ce document ont été rassemblées par l éditeur, entre autres d après les indications des constructeurs automobiles et des importateurs. Il a été procédé avec beaucoup de soins afi n 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 profi t, 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 dysfonctionnements consécutifs au non-respect du document de formation et des consignes de sécurité particulières. Les photos montrées dans la présente brochure proviennent en majeure partie des sociétés Behr GmbH & Co. KG et Behr Hella Service GmbH.

3 SOMMAIRE Page Page 1 Systèmes de refroidissement modernes Système intégré VL Système intégré VU Structure d un module de refroidissement moderne 5 2 Refroidissement Rétrospective Refroidissement du moteur par eau État actuel 7 3 Systèmes de refroidissement Le circuit de refroidissement moteur Radiateur de refroidissement Structure type Conceptions Radiateur 100% aluminium Vase d expansion (réservoir de trop plein) Fonctionnement Thermostat Fonctionnement Pompes à eau Échangeur thermique (chauffage) 15 4 Ventilateur moteur 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 de cycle du moteur Un design moderne satisfaisant aux exigences EURO 5 et sa signifi cation Principe de fonctionnement de la gestion de la température d air d admission (ATM) Réduction des émissions Régénération du fi ltre à particules Économie d énergie Sous-systèmes de la gestion de la température de l air d admission Gestion de température de batterie pour véhicules hybrides 28 6 Chauffages additionnels CTP Structure et fonctionnement Performance et spontanéité Sécurité de fonctionnement Pilotage Nouveau développement 33 7 Diagnostic, entretien et réparation Liquide de refroidissement, antigel et protection anticorrosion Maintenance du radiateur Rinçage du système de refroidissement Purge d air du système au remplissage Contrôle du système de refroidissement par contrôle de pression Endommagements types Radiateur Échangeur thermique Contrôle du système de refroidissement et diagnostic Surchauffe du moteur Le moteur ne chauffe pas Le chauffage ne devient pas suffi samment chaud 39 8 Refroidissement à régulation électronique (exemple : moteur VW APF 1,6 l) Niveau de température du liquide de refroidissement Aperçu du système de refroidissement régulé électroniquement Boîtier de distribution du liquide de refroidissement Unité de régulation du liquide de refroidissement Circuit de refroidissement long et court Commande électronique - Aperçu Régulation de la température du liquide de refroidissement en cas de demande de chauffage Cartographie - Valeurs théoriques Capteur de température du liquide de refroidissement Thermostat à commande cartographique Conclusion 47 9 Informations techniques pour garages Vase d expansion Radiateur de refroidissement Bouchon du radiateur Rinçage du circuit de refroidissement Refroidisseur d air de suralimentation Refroidisseur d huile Chauffage additionnel CTP Visco -coupleur Visco -ventilateur Échangeur thermique Refroidisseur d huile pour ralentisseur 70

4 1 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT MODERNES 1 SYSTÈMES DE REFROIDISSE MENT MODERNES 1.1 Système intégré VL Toute la chaleur que génère un moteur et ses systèmes dépendants doit être dissipée. Aujourd hui, pour contrôler le fonctionnement et la température ambiante (moteur et habitacle), la température de fonctionnement d un moteur ne doit varier que dans une faible plage de tolérances. L augmentation de la température de fonctionnement peut altérer les valeurs de gaz d échappement. Ce qui peut conduire à une gestion moteur incorrecte. En outre, sur des motorisations comme l injection directe, le diesel et l essence, qui génèrent peu de chaleur, un circuit de refroidissement doit 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 de Thermo Management. A cela s ajoute l exigence de performance élevée et d effi cacité dans un faible encombrement.

5 1.2 Système intégré VU Voici un exemple type de l état actuel du Thermo Management dans un VU. Nous présenterons les deux secteurs, les VL et les VU. 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. Cadre de pression avec ventilateur électrique Refroidisseur d huile moteur Recouvrement du cadre support Radiateur de direction assistée Module de condenseur Cadre support Radiateur de refroidissement 100% aluminium Refroidisseur d huile de BV Cadre d aspiration pour ventilateur moteur 4 5

6 2 REFROIDISSEMENT RÉTROSPECTIVE 2.1 Refroidissement du moteur par eau Les températures générées lors la combustion du carburant (jusqu à C) sont préjudiciables au fonctionnement du moteur. C est pourquoi il est refroidi à la température de fonctionnement. Le premier mode de refroidissement par eau fut le thermosiphon. L eau réchauffée, plus légère, montait dans la partie supérieure du radiateur par un tube collecteur. Elle était refroidie par le vent, descendait et était reconduite dans le moteur. Ce circuit fonctionnait tant que le moteur était en marche. Le refroidissement était assisté par des ventilateurs, une régulation n était pas encore possible. Plus tard, la circulation d eau fut accélérée par une pompe à eau. La suite du développement des moteurs voit l utilisation de régulateurs d eau de refroidissement, c est-à-dire de thermostats. 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 façon suivante : «ces dispositifs ont pour but d assurer un réchauffement rapide du moteur et d éviter son refroidissement». Ici, nous parlons déjà d un refroidissement régulé par thermostat offrant les fonctions suivantes : courte durée de mise en température maintien d une température de fonctionnement constante Points faibles : longue durée de mise en température faible température du moteur pendant la saison froide Vers 1910, avec pompe à eau Radiateur Collecteur A partir de 1922 Moteur Pompe à eau

7 2.2 État actuel Le thermostat a apporté une amélioration majeure, il permet de «court-circuiter» le circuit de liquide de refroidissement. Tant que la température de fonctionnement souhaitée du moteur 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 systèmes jusqu à aujourd hui. Le graphique ci-contre montre 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 garantir une faible émission de substances nocives. 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 se trouve ici sous une pression de 1,0-1,5 bar. Nous parlons de système de refroidissement fermé. Le système est équipé d un vase d expansion qui n est rempli qu à moitié environ. Le fluide de refroidissement n est pas uniquement composé d eau, mais d un mélange d eau et d additif de liquide de refroidissement. Il s agit d un liquide de refroidissement offrant une protection contre le gel, un point d ébullition plus élevé et protégeant les éléments en alliage léger du moteur contre la corrosion. P e = puissance b e = consommation de carburant T = température moteur 6 7

8 3 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT 3 SYSTÈMES DE REFROIDISSE MENT 3.1 Le circuit de refroidissement moteur Comme tout le monde le sait, l espace du compartiment moteur s est nettement 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 de mise en température raccourcie réchauffement rapide de l habitacle faible consommation de carburant durée de vie plus longue des composants La base de tous les circuits de refroidissement moteur est constituée des composants suivants : radiateur de refroidissement thermostat pompe à eau (mécanique ou électrique) vase d expansion (réservoir de trop plein) conduites Moto-ventilateur (entraîné par courroie ou Visco ) capteur de température (gestion moteur / affi chage) Radiateur de refroidissement 2. Pompe à eau 3. Moto-ventilateur (GMV) 4. Thermostat 5. Échangeur thermique (chauffage) 6. Vanne d échangeur thermique (en option) 7. Moteur 8. Flux d air

9 3.2 Radiateur de refroidissement C est à partir de 1905 que le refroidissement du moteur a débuté. A 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 : un poids important et des réserves de matériaux limitées, d où un prix plus élevé. Exigences liées au radiateur : puissance volumique élevée rigidité suffi sante résistance durable à la corrosion faibles coûts de fabrication fabrication écologique Réalisation Réservoir d eau en plastique renforcé de fi bres de verre De plus en plus en aluminium Fonction Refroidir le liquide de refroidissement dans le circuit moteur Avantages Précision d assemblage assurant un montage simple Rendement optimal Adapté aux spécifi cations clients (constructeurs) Structure type Dans un radiateur de refroidissement, le refroidisseur d huile peut également être un composant séparé. Les différentes pièces sont assemblées. C est ainsi que le radiateur de refroidissement obtient sa forme. Le refroidissement s effectue par les ailettes de refroidissement (faisceau), l air passant à travers absorbe la chaleur du liquide de refroidissement. L écoulement du liquide de refroidissement se fait de haut en bas, que l on appelle flux descendant, ou en flux transversal (de la droite vers la gauche ou inversement). Les deux variantes nécessitent suffi samment de temps et doivent présenter une section suffi sante pour que l air produise un refroidissement effi cace du liquide Réservoir d eau (boîte à eau) 2. Refroidisseur d huile 3. Joints 4. Ailettes de refroidissement (faisceau) 5. Tôles latérales 6. Fond 7. Tube de refroidissement 8 9

10 3 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Conceptions Il existe deux conceptions types : le brasage et l assemblage mécanique. Les deux sont des radiateurs à flux descendant. Les premiers radiateurs 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 fi xé grâce à un sertissage à encoches ondulées développé par Behr, et scellé. Il existe un autre type de fi xation, qui est le sertissage à languettes. Les radiateurs à flux descendant sont utilisés dans les VL plus hauts (4x4, etc.) ou les véhicules utilitaires. Brasage Assemblage mécanique Radiateur 100% aluminium Comme on peut le voir ici, la profondeur de faisceau est sensiblement réduite 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 réduite de 20 mm. Ce modèle possède les caractéristiques suivantes : suppression du fond supérieur l épaisseur du faisceau est la même que l épaisseur du 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 (tubulures de trop-plein) différents types de tubes peuvent être utilisés tube rond avec insert de turbulence pour une performance plus élevée tube ovale (ce qui signifi e plus de surface pour le refroidissement) tube plat, assemblage mécanique, empilage (encore plus de surface et une seule rangée nécessaire) tube plat, brasage, sans fondant (refroidissement optimal, les lamelles sont solidement fi xées) mais onéreux un alliage spécial en alu est utilisé (faisceau) température C puis refroidissement à environ 130 C (les tensions sont compensées)

11 Cette comparaison montre la différence entre un radiateur à fond GRP et un radiateur de refroidissement 100% aluminium. On voit clairement que l épaisseur totale est nettement réduite. Cette réduction permet un montage peu encombrant dans un module de refroidissement moderne. Epaisseur du faisceau Epaisseur totale 40 mm 63,4 mm Epaisseur du faisceau Epaisseur totale 40 mm 40 mm 3.3 Vase d expansion (réservoir de trop plein) Pour éviter toute surchauffe locale des composants, un circuit de liquide de refroidissement 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). Par comparaison, les vases d expansion de VU possèdent 3 chambres et une grande quantité d eau, p. ex. un volume de 8 litres de liquide de refroidissement. Le vase d expansion sert à récupérer le liquide de refroidissement 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. Pressions système 1,7 bar Pression d éclatement 10 bars 10 11

12 3 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Fonctionnement Une température élevée du liquide de refroidissement augmente la pression dans le système de refroidissement en raison de la dilatation du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est pressé dans le réservoir. La pression augmente dans le réservoir. Le clapet dans le couvercle s ouvre et laisse l air s échapper. Lorsque la température du liquide de refroidissement s est normalisée, une dépression s établit dans le système de refroidissement. Le liquide de refroidissement 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 Les thermostats contrôlent la température du liquide de refroidissement et, par conséquent, la température du moteur. Les thermostats mécaniques ont peu évolué au fi l des années et sont toujours utilisés. Leur fonctionnement est assuré par un élément de 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 qui est défi nie pour le système et ne peut pas être modifi ée. Les thermostats à commande électronique sont régulés par la gestion moteur et s ouvrent selon les conditions de fonctionnement du moteur. Les régulateurs de température à commande électronique contribuent 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%) Éléments de cire à commande électrique

13 3.4.1 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 solidifi e 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 liquide de refroidissement retourne directement au moteur par la conduite en court-circuit. Ouvert Fermé Radiateur Moteur Moteur Moteur 12 13

14 3 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT 3.5 Pompes à eau Les pompes à eau acheminent le liquide de refroidissement 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 les besoins, comme le compresseur dans le circuit de climatisation. Une température optimale de fonctionnement sera ainsi atteinte. Pompe à liquide de refroidissement avec carter Kit de courroie crantée avec pompe à liquide de refroidissement

15 3.6 Échangeur thermique (chauffage) L échangeur thermique 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 facteurs 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 Échangeur thermique 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 Mode de construction : 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 14 15

16 4 VENTILATEUR MOTEUR Le ventilateur moteur sert à acheminer l air ambiant par le radiateur de refroidissement et sur le moteur. Il est entraîné par la courroie trapézoïdale ou, dans le cas d un ventilateur électrique, par un moteur électrique régulé par un calculateur. Le ventilateur à visco-coupleur (Visco ) est principalement monté sur les véhicules utilitaires, mais il est également utilisé sur certains véhicules légers. Le ventilateur moteur garantit l écoulement d une quantité d air suffisante pour refroidir le liquide de refroidissement. Sur le ventilateur entraîné par courroie, la quantité d air dépend du régime moteur. Il se différencie du ventilateur de condenseur par le fait qu il est constamment entraîné. Le ventilateur à visco-coupleur 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) comme fluide moteur, enclenché par un élément bilame et commandé par la goupille de pression. Historique : Rigide (entraînement permanent), exige beaucoup d énergie (PS), bruyant, importante consommation. Les ventilateurs électriques (VL) affi chent par contre une consommation plus avantageuse, sont silencieux et ont un faible besoin d énergie Les objectifs de développement étaient de réduire la consommation et le niveau sonore, p. ex. d obtenir une réduction du bruit par un ventilateur caréné. La poursuite 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 liquide de refroidissement, l huile, l air de suralimentation, le régime moteur, le ralentisseur, la climatisation On obtient ainsi un refroidissement adapté aux besoins, une amélioration du niveau de température du liquide de refroidissement, une réduction du niveau sonore et une consommation de carburant réduite. Sur les VL, les ventilateurs étaient autrefois en 2 parties ; le Visco -coupleur et la roue de ventilateur étaient vissés. Aujourd hui, ils sont sertis et ne sont donc plus réparables. Le Visco -coupleur électronique n est actuellement monté que sur la Range Rover.

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 deux 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 magnétique. Le capteur à effet Hall détermine la vitesse de rotation actuelle du ventilateur et en informe la gestion du moteur. Un régulateur envoie un courant de commande cadencé à l ensemble magnétique qui commande le culbuteur lequel, de son côté, contrôle le flux d huile et 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 ; le glissement de l entraînement est d environ 5 %

18 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Les nouveaux modes de construction sont déterminés par les exigences et la capacité de refroidissement souhaitée. L empilage est la conception la plus récente. Elle permet une adaptation précise de l encombrement et de la capacité de refroidissement. 5.1 Refroidisseur d huile pour moteur, boîte de vitesses et ralentisseur hydrodynamique Le refroidissement et l échauffement plus rapide de l huile moteur et de l huile boîte de vitesses (par exemple : BVA, ralentisseur) sont assurés par le montage encastré ou appliqué de refroidisseurs (moteur ou boîte de vitesses) dans le réservoir d eau. Comme types de conception, on trouve les refroidisseurs d huile à tubes ou à plaques 100% aluminium ou en acier. Convertisseur ralentisseur Réserve d huile Raccord air comprimé 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 effi cace de plaques assurant une grande surface de refroidissement vers/du circuit de liquide de refroidissement Ralentisseur avec refroidisseur d huile monté en applique Refroidisseur d huile 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 et que la direction ne devienne pas trop dure ou 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 C Pression d essai = 20 bars avec une pression d éclatement de 50 bars

19 5.3 Refroidissement du carburant Le refroidissement du carburant est généralement utilisé sur les moteurs diesel. Le carburant est refroidi de manière à abaisser la température d entrée au gicleur de pompe ou au «Common Rail» (rampe commune), 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. 5.4 Refroidissement de l air de suralimentation Les tendances à l augmentation de la puissance du moteur et au «downsizing» (réduction) conduisent, sur les VL, 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 liquide de refroidissement à la place de l air. Mais en raison des coûts du système, cette technologie était jusqu à présent réservée aux véhicules haut de gamme. De nouveaux développements permettent également une régulation du refroidissement de l air de suralimentation. Cela permet, en plus des émissions de NOx, de diminuer aussi les émissions de HC et d augmenter l effi cacité 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 de cycle du 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 liquide de refroidissement offre donc aussi des avantages déterminants sur les VU. Types : Refroidissement par air et refroidissement par liquide. Direct et indirect. Fonction : Augmentation de la puissance du moteur par suralimentation (plus d air de combustion, taux d oxygène plus élevé). Caractéristiques : 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 gaz d échappement Moins d oxydes d azote de -40 C à 160 C Pression d essai = 20 bars avec une pression d éclatement de 50 bars 18 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 un moyen effi cace d augmenter la puissance. 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 la combustion complète sur un moteur à essence Moteur diesel > 14,67 kg d air pour 1 kg de carburant La suralimentation des moteurs à combustion constitue donc un moyen efficace d augmenter la puissance Moteur suralimenté moteur à aspiration Suralimentation par turbocompresseur Exigences Augmentation de la capacité de refroidissement Dans les VL, 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. Le conflit entre l encombrement et le besoin de performance peut être résolu avec deux nouveaux systèmes : le refroidissement préalable de l air de suralimentation et le refroidissement indirect.

21 Augmentation de la puissance Faible tendance au cliquetis (sur moteurs à essence) Réduction de la consommation de carburant Basses températures des composants Exigences légales Émissions réduites de particules Émissions réduites de NO x Refroidissement direct de l air de suralimentation En utilisant le nouveau prérefroidisseur d air de suralimentation, qui est alimenté avec du liquide de refroidissement 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. L encombrement nécessaire d un refroidisseur d air de suralimentation par liquide correspond à % de celui d un refroidisseur par air. Trajet de l air de suralimentation en cas de refroidissement par air; exemple Trajet de l air de suralimentation en cas de refroidissement par liquide ; exemple 20 21

22 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Refroidissement indirect de l 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 liquide de refroidissement, 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 liquide de refroidissement, puis elle est évacuée dans l air ambiant via le radiateur de refroidissement basse température. Ce radiateur est situé dans le bloc avant du véhicule où se trouve le refroidisseur d air de suralimention 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 simplifi é, 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 (direct), 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 Refroidisseur d air de suralimentation par liquide Air de suralimentation Pompe électrique Circuit basse température Turbocompresseur Pompe à eau électrique Circuit de liquide de refroidissement principal Radiateur de refroidissement basse température Radiateur de refroidissement principal

23 5.4.5 Températion de l air pour l opération de combustion dans le 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 by-pass 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 liquide de refroidissement d air de suralimentation et celui du refroidissement moteur et en régulant intelligemment les débits de liquide de refroidissement, 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 liquide de refroidissement chaud du circuit moteur, soit par du liquide de refroidissement froid du circuit basse température. La régulation de la température de l air de suralimentation est importante pour le traitement postérieur des gaz d échappement par des fi ltres à particules et des catalyseurs. Ces deux éléments nécessitent une température spécifi que mini de gaz d échappement pour assurer un fonctionnement optimal. Sur le catalyseur, cette température minimale est identique à sa «température d amorçage» ; pour le fi ltre 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. Refroidisseur de gaz d échappement par liquide avec by-pass Refroidisseur d air de suralimentation par liquide Thermostat Gaz d échappement Thermostat Pompe à eau électrique Air de suralimentation Circuit basse température Circuit de liquide de refroidissement principal Pompe à liquide eau électrique Radiateur de refroidissement principal Thermostat Radiateur de refroidissement basse température 22 23

24 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Un design moderne satisfaisant aux exigences Comparaison des 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 signifi - cative. Refroidisseurs d air de suralimentation pour des exigences de résistance sévères Les sollicitations croissantes auxquelles sont soumis les refroidisseurs d air de suralimentation 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, les caissons à air seront fabriqués en plastique résistant à la chaleur. Autre possibilité : le refroidisseur d air de 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 bar actuels, la valeur limite d émission EURO-5 laisse supposer des températures de 260 C et des pressions allant jusqu à 4 bars. En modifi ant 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. Liquide de refroidissement Tubulure de liquide de refroidissement Plaque de fixation Carter Air de suralimentation Plaques Ailettes Conception en plaques

25 5.5 EURO 5 et sa signification Particules [g/km] 0,10 Sur les VL à moteur diesel, Euro 5 exige, par rapport à Euro 4, une réduction drastique supplémentaire des émissions : de 40 % pour les hydrocarbures (HC) et les oxydes d azote (Nox), de 90 % pour les particules. Afi n d atteindre ces objectifs, la températion de l air d aspiration du moteur devient toujours plus importante. La gestion de la température d air d admission (ATM), mise au point par Behr, réduit les émissions à leur point d origine, assiste le traitement postérieur des gaz d échappement et facilite la régénération du fi ltre à particules. En outre, les synergies entre les sous-systèmes de l ATM réduisent les besoins de performance de refroidissement par rapport aux systèmes actuels, ainsi que la consommation de carburant et l encombrement. 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Euro Euro * 0 0,2 0,4 Euro Euro ,6 0,8 1 HC + NO x [g/km] Principe de fonctionnement de la gestion de la température d air d admission (ATM) La gestion de la température d admission comprend trois soussystèmes : 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 régulés les uns par rapport aux autres de telle manière que l air d admission peut être refroidi et chauffé et que la température de combustion peut être 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 Réduction des émissions NOx : Comme la formation de NOx dépend de manière exponentielle de la température de combustion, sa réduction entraîne une forte diminution des émissions de 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 peut, même en utilisation normale, baisser 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 réduit 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 litre ont montré une réduction de 30 % des émissions HC et CO lors du démarrage à froid

26 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Régénération du filtre à particules Lorsque le fi ltre 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 inflammation de la suie (550 C). Mais la combustion de la suie peut également être initiée par un 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 réduite, le système d addition simplifi é. Si l augmentation de la température par l ATM est liée à une post-injection, un système supplémentaire pour la régénération du fi ltre n est généralement pas nécessaire Économie d énergie 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 liquide de refroidissement 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. En revanche, à 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 liquide de refroidissement en fonction des besoins permet de réduire considérablement la capacité de refroidissement embarquée ainsi que l encombrement, par ex. jusqu à 10 % de la face avant du radiateur.

27 5.5.5 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 produit de refroidissement liquide, un mélange d eau et de glycol, tel qu utilisé pour le refroidissement du moteur. 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. Avantages du refroidissement indirect de l air de suralimentation : capacité de refroidissement supérieure à celle du refroidissement usuel de l air de suralimentation par 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 : 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 fi ltre à particules. Ils sont ensuite refroidis et mélangés à l air de suralimentation avant le compresseur du turbocompresseur. Réchauffement de l air de suralimentation : 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 liquide de refroidissement chaud du circuit de refroidissement moteur et en le dirigeant vers le refroidisseur d air de suralimentation. Lors d essais réalisés avec un moteur diesel de 2 litres sur un banc d essai moteur avec une pression moyenne effective de 2 bars, on a mesuré les températures des gaz d échappement après la turbine, obtenues par variation des températures d 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. Lorsque l air de suralimentation a été réchauffé avec le liquide de refroidissement du moteur présentant une température d environ 85 C (température du thermostat), la température des gaz d échappement après la turbine a augmenté d environ 16 C. Le potentiel d augmentation de la température par réchauffement pourrait être de l ordre de 20 C. La plus forte augmentation, environ 57 C, a été obtenue en arrêtant le 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

28 5 AUTRES SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT Gestion de température de batterie pour véhicules hybrides Sur les batteries présentant une capacité relativement importante, la bonne mise à température joue un rôle central. C est pourquoi, à très faibles températures, un chauffage supplémentaire de la batterie est nécessaire, afi n de l amener dans la plage de température idéale. C est uniquement dans cette plage qu une portée satisfaisante peut être atteinte en mode «roulage électrique». Pour réaliser ce chauffage supplémentaire, la batterie est intégrée dans un circuit secondaire. Ce circuit garantit que la température de fonctionnement idéale de 15 C-30 C est maintenue de façon durable. Si le refroidissement offert par le radiateur de batterie ne suffi t en cas de températures extérieures élevées, le liquide de refroidissement traverse un échangeur thermique spécial. Dans ce dernier, du réfrigérant du système de climatisation s évapore. En outre, de la chaleur peut être transférée du circuit secondaire au réfrigérant s évaporant, et ce de façon très compacte et avec une puissance volumique élevée. Il se produit un refroidissement supplémentaire du liquide de refroidissement. Grâce à l utilisation de l échangeur thermique spécial, la batterie peut fonctionner dans une plage de température d effi cacité optimale. Dans le bloc de batterie, une plaque de refroidissement intégrée est traversée par du liquide de refroidissement composé d eau et de glycol (circuit vert). A basses températures, le liquide de refroidissement peut être réchauffé très rapidement via un chauffage, afi n d atteindre la température idéale. Si l utilisation des fonctions hybrides aboutit à une hausse de température dans la batterie, le chauffage est coupé. Le liquide de refroidissement peut alors être refroidi, par le radiateur de batterie situé dans le bloc avant du véhicule, à l aide du vent de marche. Échangeur thermique spécial

29 Radiateur de batterie Condenseur Cadre du module Radiateur à électronique de puissance Radiateur de refroidissement Cadre support ventilateur Moteurs de ventilateur Compresseur Circuit de refroidissement Radiateur de batterie Condenseur Évaporateur Échangeur thermique spécial Plaque de refroidissement Batterie Circuit de climatisation Chauffage 28 29

30 6 CHAUFFAGES ADDITIONNELS CTP En raison du haut rendement des moteurs à injection directe modernes, moteurs diesel et essence, 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. Pour remédier au déficit de capacité de chauffage, Behr développe trois types de chauffages additionnels : 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 le réchauffement plus rapide du liquide de refroidissement. Avec le réchauffement du liquide de refroidissement, 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 au 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 à moteur 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 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 diminue tout d abord lentement, puis augmente fortement à partir d environ 80 C, 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.

31 6.1 Structure et fonctionnement Le chauffage CTP est constitué de plusieurs éléments chauffants, d un cadre de fi xation, 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 des tôles de contact qui dégage 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, 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. Lorsque la surface d un chauffage CTP est exposée à de l air chaud atteignant 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

32 6 CHAUFFAGES ADDITIONNELS CTP 6.2 Performance et spontanéité La résistance nominale de l élément en céramique CTP peut différer, ce qui modifi e en conséquence la consommation de courant et la performance. 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 12 V (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 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. La puissance du chauffage CTP du modèle 220 CDI de la nouvelle classe E est de 1,6 kw. 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, seulement 10 C sans le chauffage. 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. Évaporateur 2. Échangeur thermique 3. Chauffage additionnel CTP 1 2 3

33 6.3 Sécurité de fonctionnement 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. 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 défi nit 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 additionnel 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 Il existe depuis 2004 la nouvelle génération de chauffages additionnels CTP, qui se distinguent des précédents par un poids réduit, une chute de pression plus faible (réduit la 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, témpérature 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 (caractéristique CTP) La faible perte de pression n engendre qu une faible augmentation de la puissance de la soufflerie nécessaire 32 33

34 7 DIAGNOSTIC, ENTRETIEN ET RÉPARATION 7 DIAGNOSTIC, ENTRETIEN ET RÉPARATION 7.1 Liquide de refroidissement, antigel et protection anticorrosion Liquide de refroidissement est le terme générique pour désigner le fluide de refroidissement se trouvant dans le système de refroidissement. Le liquide de refroidissement protège contre le gel, la rouille, la surchauffe et il lubrifi e. Il a pour rôle d absorber la chaleur du moteur et de la dissiper par le radiateur. Le liquide de refroidissement est un mélange d eau et d antigel (glycol/ éthanol) additionné de divers additifs (substances amères, silicate, antioxydants, antimoussants) et coloré. Les substances amères doivent empêcher que le liquide de refroidissement 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 liquide de refroidissement. Le glycol lubrifi e les composants, conserve la souplesse des flexibles et des joints et augmente le point d ébullition du liquide de refroidissement. Le rapport de mélange eau/ antigel doit se situer entre 60:40 et 50:50. Cela correspond généralement à une protection antigel de -25 C à -40 C. Le rapport de mélange minimum doit 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 suffi samment 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 liquide de refroidissement jusqu à 135 C. C est pourquoi une protection antigel suffi sante 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 liquide de refroidissement 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 contre la corrosion sont p. ex. consommés, le liquide de refroidissement se colore en brun. C est pourquoi, certains constructeurs recommandent un intervalle de vidange du liquide de refroidissement (p. ex. Opel Sintra : tous les 5 ans). Mais les systèmes de refroidissement des véhicules récents utilisent de plus en plus de liquides de refroidissement Long Life (par ex. VW G12+ / G12++). Dans des conditions normales (absence d impuretés), une vidange du liquide de refroidissement n est plus nécessaire (VW) ou seulement après 15 ans ou km (derniers modèles Mercedes). D une manière générale, le liquide de refroidissement devrait être remplacé en cas d impuretés (huile, corrosion) et sur des véhicules qui n ont pas de liquides de refroidissement Long Life. Il faut impérativement respecter les indications du constructeur concernant les spécifi cations, l intervalle de vidange, le rapport de mélange et la miscibilité. Le liquide de refroidissement ne doit pas être vidé à l égouts ou évacué via le séparateur d huile. Il doit être récupéré et éliminé séparément.

35 7.2 Maintenance du radiateur Le radiateur ne nécessite pas de maintenance étant donné qu une protection intérieure et extérieure est déjà appliquée lors de la production (spécifi que Behr). Un nettoyage au jet de vapeur à basse pression (de l intérieur vers l extérieur) est possible, comme pour les condenseurs. On peut également utiliser de l air comprimé à pression réduite pour le nettoyage par l extérieur. 7.3 Rinçage du système de refroidissement Lorsqu il y a des impuretés dans le liquide de refroidissement, il faut le vidanger et rincer le système de refroidissement. Les sources d impuretés 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 spécifi que. Selon le constructeur et le symptôme, Il existe différentes procédures de rinçage. Audi recommande par exemple, sur l A6, le rinçage avec un liquide spécifi que dans le cas d une décoloration en rouge-brun du liquide de refroidissement et d une dégradation de la puissance de chauffage. Pour l opération de rinçage multiple, il faut démonter le thermostat et mesurer la puissance de chauffage avant et après le rinçage. Pour les modèles Corsa B, Vectra B et Omega B jusqu à l année modèle 1997, Opel fait remarquer 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 conduisant le liquide de refroidissement (échangeur thermique, culasse, etc.). Le degré d encrassement et les indications du constructeur défi nissent donc le procédé et le liquide de rinçage utilisé. Il faut dans tous les cas noter que sur les systèmes de refroidissement modernes, du fait de leur conception (p. ex. tube plat), il n est plus possible de rincer tous les composants et qu il faut par conséquent les remplacer. Cela concerne notamment les composants suivants : thermostat radiateur vannes électriques bouchon de fermeture échangeur thermique Lorsque le niveau de liquide de refroidissement dans le réservoir de compensation n est plus identifi able en raison de l encrassement (huile, rouille), il faut également le remplacer. Le thermostat et le bouchon doivent systématiquement être remplacés. Lorsqu on utilise des produits de nettoyage de circuit de refroidissement spéciaux (par ex. produit de nettoyage de circuit de refroidissement HELLA 8PS ), il faut veiller à ce qu ils n attaquent aucun matériau d étanchéité et à ce qu ils ne soient pas déversés dans les eaux souterraines ou ne passent pas par le séparateur d huile. Les produits de nettoyage doivent être récupérés avec le liquide de refroidissement et éliminés séparément. Après le rinçage, il faut remplir le circuit avec du liquide de refroidissement conformément aux indications du constructeur (respecter les spécifi cations et le rapport de mélange), procéder à une purge d air et contrôler le fonctionnement et l étanchéité

36 7 DIAGNOSTIC, ENTRETIEN ET RÉPARATION 7.4 Purge d air du système au remplissage Les inclusions d air dans le système de refroidissement des véhicules sont aujourd hui 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 du liquide de refroidissement peut donc poser un problème sérieux. L air restant dans le système de refroidissement diminue considérablement la circulation du liquide de refroidissement et peut entraîner une surchauffe du moteur avec des conséquences graves. Le système Airlift (référence HELLA : 8PE ) apporte ici une solution. Airlift est raccordé au radiateur ou au vase d expansion avec les adaptateurs joints. Raccordez ensuite un tuyau à air comprimé que vous utilisez d ordinaire 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 avec un récipient propre (sceau, bidon). Le manomètre qui indique la dépression sur le dispositif Airlift permet également de contrôler l étanchéité de l ensemble du système. Il permet : d éliminer les bulles d air de rechercher des fuites d effectuer un nouveau remplissage rapide du système de refroidissement Contrôle du système de refroidissement par contrôle de pression et de chute de pression Pour vérifi er les éventuels défauts d étanchéité du système de refroidissement, il est recommandé d utiliser un appareil de contrôle de pression. A l aide d une pompe manuelle, le système de refroidissement est mis sous pression. En observant le manomètre de pression, on peut, dans le cas d une chute de pression, conclure à un problème d étanchéité du système de refroidissement. A l aide d adaptateurs universels ou spécifi ques au véhicule, la pompe peut être adaptée, grâce à un système de fermeture rapide, à quasiment tous les PL, VL, engins agricoles et de chantier courants. Pour les fuites diffi cilement détectables, le système de refroidissement peut être rempli au préalable d un fluide traceur (référence HELLA : 8PE ).

37 7.5 Endommagements types Les photos montrent les endommagements types provoqués par diverses causes Radiateur Tous les défauts entraînent une réduction de performance du radiateur. Les réparations ne sont pas courantes sur les radiateurs de refroidissement modernes dans la mesure où le soudage d aluminium est assez diffi cile et qu il pourrait éventuellement obstruer les petits canaux. Aucun moyen d étanchéité ne doit être utilisé car cela peut provoquer des obstructions et réduire la puissance. Le dépôt provoqué par une fuite d huile provient de l huile moteur qui arrive dans le circuit du liquide de refroidissement en raison de la détérioration d un joint de culasse. Dépôt calcaire dû à l utilisation d eau pure (sans liquide de refroidissement) Échangeur thermique Les dépôts calcaires et l utilisation de moyens d étanchéité peuvent provoquer des obstructions sur l échangeur thermique comme sur le radiateur. Celles-ci peuvent être partiellement éliminées par un rinçage avec certains produits de nettoyage. Il convient ici de respecter les indications des constructeurs

38 7 DIAGNOSTIC, ENTRETIEN ET RÉPARATION 7.6 Contrôle du système de refroidissement et diagnostic En cas de dysfonctionnements dans le système de refroidissement, comme par exemple une puissance de chauffage insuffi - sante, un 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 vérifi er dans un premier temps si le niveau de liquide de refroidissement du circuit de refroidissement est suffi sant, de vérifi er la présence d impuretés, de fuites et la protection antigel. Il faut également veiller à une tension suffi sante de la courroie trapézoïdale ou de la courroie trapézoïdale à nervures. Selon le symptôme, la recherche des défauts peut ensuite être poursuivie par observation ou mesure des tempétarures. Selon le symptôme, la recherche des défauts peut ensuite être poursuivie comme décrit ci-après, par observation des composants ou prise de températures : Surchauffe du moteur : La température affichée est-elle réaliste? (Vérifi er éventuellement la sonde de température d eau de refroidissement et l instrument d affi chage) Le radiateur est-t-il bouché? (Vérifi er la température à l entrée et à la sortie du radiateur, contrôler le débit) Le radiateur ou les éléments en amont (condenseur) sont-ils exempts d impuretés pour garantir un passage sans entrave de l air? (Nettoyer éventuellement les composants) Le moto-ventilateur ou le ventilateur auxiliaire fonctionne-t-il? (Vérifi er le point d enclenchement, le fusible, le thermocontact, le calculateur de ventilateur, vérifi er l absence de détériorations mécaniques) La pompe à eau fonctionne-t-elle? (Vérifi er si la roue de la pompe n est pas lâche sur l arbre d entraînement) La soupape de sur- ou de dépression du bouchon du radiateur ou du vase d expansion fonctionne-t-elle? (Utiliser éventuellement une pompe test, vérifi er si le joint du bouchon est endommagé ou présent) Le thermostat s ouvre-t-il? (Relever la température en amont et en aval du thermostat, démonter éventuellement celui-ci et le contrôler dans un bain d eau) Le moteur ne chauffe pas : La température affichée est-elle réaliste? (Vérifi er éventuellement la sonde de température d eau de refroidissement et l instrument d affi chage) Le thermostat est-il ouvert durablement? (Relever la température en amont et en aval du thermostat, démonter éventuellement celui-ci et le contrôler dans un bain d eau) Le moto-ventilateur ou le ventilateur auxiliaire fonctionne-t-il en permanence? (Vérifi er le point d enclenchement, le thermocontact, le calculateur de ventilateur)

39 7.6.3 Le chauffage ne devient pas suffisamment chaud : Le moteur atteint-il sa température de fonctionnement ou l eau de refroidissement devient-elle chaude? (Effectuer éventuellement d abord les étapes de contrôle du paragraphe «Le moteur ne chauffe pas») La soupape de chauffage s ouvre-t-elle? (Vérifi er la commande électrique ou le câble Bowden et la soupape) Le refroidisseur du chauffage (échangeur thermique) estil obstrué? (Vérifi er la température à l entrée et à la sortie de l échangeur thermique, contrôler le débit) La commande des volets fonctionne-t-elle? (Vérifi er 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 (pulseur) fonctionne-t-il? (Bruits, paliers du ventilateur) Le filtre d habitacle est-il encrassé ou le débit d air est-il assuré? (Vérifi er le fi ltre de l habitacle, la présence d air parasite dans les canaux de ventilation) 38 39

40 8 REFROIDISSEMENT À RÉGULATION ÉLECTRONIQUE 8 REFROIDISSEMENT RÉGULÉ ÉLECTRONIQUEMENT EXEMPLE : MOTEUR VW APF 1,6 L 8.1 Niveau de température du liquide de refroidissement Charge Plage de charge partielle 95 C C Régime Plage de pleine charge 85 C - 95 C Niveau de température du liquide de refroidissement en fonction de la charge du moteur Le rendement du moteur est fonction de son parfait refroidissement. En cas de refroidissement régulé par thermostat, les températures du liquide de refroidissement 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 dans la plage de pleine charge augmentent la puissance. L air aspiré est moins échauffé, augmentant ainsi la puissance. 8.2 Aperçu du système de refroidissement régulé électroniquement Boîtier de distribution du liquide de refroidissement Départ Retour Thermostat à commande électronique

41 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 moto-ventilateur, en fonction de cartographies mémorisées dans le calculateur moteur. Le refroidissement peut ainsi être adapté dans l ensemble de l état de puissance et de charge du moteur. Avantages de l adaptation de la température du liquide de refroidissement à l état de fonctionnement instantané 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 modifi - cations structurelles minimales le boîtier de distribution du liquide de refroidissement et le thermostat forment une seule unité le régulateur de liquide de refroidissement (thermostat) est supprimé sur le bloc moteur le calculateur moteur contient également les cartographies du système de refroidissement régulé électroniquement 8.3 Boîtier de distribution du liquide de refroidissement Le boîtier de distribution du liquide de refroidissement 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 liquide de refroidissement par le niveau supérieur. L alimentation de la pompe à eau constitue une exception. Le retour du liquide de refroidissement depuis les différents composants est raccordé au niveau inférieur du boîtier de distribution du liquide de refroidissement. Un canal vertical raccorde les niveaux supérieur et inférieur. Le thermostat ouvre/ferme le canal vertical avec sa petite tête de soupape. Le boîtier de distribution du liquide de refroidissement est pratiquement la station de distribution du liquide de refroidissement vers le petit ou le grand circuit de refroidissement. Capteur de température de liquide de refroidissement Niveau supérieur avec arrivée de liquide de refroidissement depuis le moteur Vers le radiateur Niveau supérieur Niveau inférieur Vers l échangeur thermique Retour du radiateur Vers le refroidisseur d huile de boîte de vitesses Canal menant du niveau supérieur au niveau inférieur Raccord du thermostat de chauffage Unité de régulation du liquide de refroidissement Unité de régulation du liquide de refroidissement Retour refroidisseur d huile Depuis l échangeur thermique 40 41

42 8 REFROIDISSEMENT À RÉGULATION ÉLECTRONIQUE 8.4 Unité de régulation du liquide de refroidissement Élément en matériau dilatable Tête de soupape fermant le circuit de liquide de refroidissement long Tête de soupape fermant le circuit de liquide de refroidissement court Élément en matériau dilatable Ressort de pression Tige poussoir Raccord unité de régulation circuit de liquide de refroidissement Résistance chauffante Éléments fonctionnels : Thermostat en matériau dilatable (avec élément de cire) Chauffage ohmique dans l élément de cire Ressorts de pression pour la fermeture mécanique des canaux de liquide de refroidissement, 1 grande et 1 petite têtes de soupape Fonctionnement : Le thermostat en matériau dilatable dans le boîtier de distribution de liquide de refroidissement est constamment entouré de liquide de refroidissement. L élément de cire se régule tout seul (sans chauffage) comme précédemment, mais il peut également être chauffé. Par la température du liquide de refroidissement, la cire devient liquide et se dilate. Cette dilatation provoque une course sur la tige poussoir. Elle se produit normalement (sans courant) selon le nouveau profi l de température du liquide de refroidissement de 110 C en sortie de moteur. Une résistance chauffante est incorporée dans l élément de cire. Lorsqu elle est alimentée en courant, elle réchauffe l élément de cire et la course, c est-à-dire le déplacement, ne se fait pas seulement en fonction de la température du liquide de refroidissement, mais également selon la cartographie prédéfi - nie 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 liquide de refroidissement a fermé le retour du radiateur et ouvert le circuit court vers la pompe à eau. Le radiateur n est pas intégré dans la circulation du liquide de refroidissement.

43 Le circuit de liquide de refroidissement long est ouvert par le thermostat dans le régulateur de liquide de refroidissement lorsqu une température de 110 C est atteinte ou, en fonction de la charge, par la cartographie. Le radiateur est intégré dans le circuit du liquide de refroidissement. Si nécessaire, des ventilateurs électriques sont activés pour assister le refroidissement par le vent de marche ou au ralenti. 8.6 Commande électronique - Aperçu Le calculateur moteur a été complété par des raccords pour les capteurs et les actionneurs du système de refroidissement régulé électroniquement : alimentation du thermostat (sortie) température de retour du radiateur (entrée) commande du moto-ventilateur (2 sorties) potentiomètre au régulateur de chauffage (entrée) 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 à commande cartographique en vue d ouvrir le circuit de refroidissement long (réglage de la température du liquide de refroidissement). Commande des moto-ventilateurs pour soutenir la baisse rapide de la température du liquide de refroidissement. Les capteurs de la gestion moteur sont utilisés pour toutes les autres informations nécessaires. Régime moteur Thermostat pour refroidissement moteur à commande cartographique Débitmètre d air et température d air d admission ECU Température du liquide de refroidissement (sortie moteur) Température du liquide de refroidissement (sortie radiateur) CAN Calculateur du groupe motoventilateur Potentiomètre de sélection de température Diagnostic Groupe Moto-Ventilateur 2 Commutateur de position du clapet de température Signal de vitesse (ABS) Groupe Moto-Ventilateur 1 Vanne d arrêt de liquide de refroidissement (deux voies) 42 43

44 8 REFROIDISSEMENT À RÉGULATION ÉLECTRONIQUE 8.7 Régulation de la température du liquide de refroidissement en cas de demande de chauffage La température du liquide de refroidissement peut, en cas de conduite entre charge partielle et pleine charge, varier entre 110 C et 85 C. Avec le chauffage activé, une différence de température de 25 C se ferait sentir de manière inconfortable dans l habitacle du véhicule. Le conducteur devrait continuellement corriger le réglage. Grâce au potentiomètre, l électronique du système de refroidissement identifi e la demande de chauffage du conducteur et règle la température du liquide de refroidissement en conséquence, p. ex. à partir de la position du bouton rotatif à 70 % = température du liquide de refroidissement de 95 C. Un microrupteur sur le bouton rotatif de sélection de température s ouvre dès que la position n est plus sur «Arrêt chauffage». Une vanne à deux voies pneumatique est ainsi commandée et ouvre, par dépression, la vanne d arrêt du liquide de refroidissement pour l échangeur thermique du chauffage. Charge partielle Charge partielle Pleine charge Potentiomètre Microrupteur 8.8 Cartographie - Valeurs théoriques La commande du thermostat pour le refroidissement du moteur à commande cartographique (grand ou petit circuit de refroidissement) est réglée par des cartographies. Les valeurs théoriques de la température y sont enregistrées. La charge du moteur est déterminante. La charge (masse d air) et le régime donnent une température de liquide de refroidissement à régler. Dans une deuxième cartographie sont mémorisées des valeurs théoriques de température, en fonction de la vitesse et de la température de l air d admission. Il en résulte une température de liquide de refroidissement 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 liquide de refroidissement est située juste au-dessous de la valeur théorique.

45 8.9 Capteur de température du liquide de refroidissement Les capteurs de températures fonctionnent comme des capteur NTC. Les valeurs théoriques de température du liquide de refroidissement sont enregistrées dans le calculateur moteur sous forme de cartographies. Les valeurs réelles de la température du liquide de refroidissement sont prélevées en deux points différents du circuit de refroidissement et transmises au calculateur sous forme de signaux de tension. Valeur réelle de liquide de refroidissement 1 directement à la sortie du liquide de refroidissement sur le moteur, dans le distributeur de liquide de refroidissement. Valeur réelle de liquide de refroidissement 2 sur le radiateur, avant la sortie du liquide de refroidissement du radiateur. Fonction de remplacement : en cas de défaillance du capteur de température du liquide de refroidissement (sortie moteur), la régulation de la température du liquide de refroidissement est poursuivie avec une valeur de remplacement défi nie de 95 C et le palier de ventilateur 1 est activé de façon permanente. En cas de défaillance du capteur de température du liquide de refroidissement (sortie radiateur), la régulation reste active et le palier de ventilateur 1 est activé de façon permanente. Le palier de ventilateur 2 est activé en cas de dépassement d un certain seuil de température. En cas de défaillance des deux capteurs, une tension maximale est présente sur la résistance chauffante et le palier de ventilateur 2 est activé en permanence. Utilisation des signaux : la comparaison entre les températures théoriques enregistrées dans les cartographies et la température réelle 1 donne le taux d impulsions pour l alimentation de la résistance chauffante dans le thermostat. La comparaison entre les valeurs réelles de liquide de refroidissement 1 et 2 constitue la base pour la commande des ventilateurs électriques du liquide de refroidissement. Capteur de température du liquide de refroidissement : 44 45

46 8 REFROIDISSEMENT À RÉGULATION ÉLECTRONIQUE 8.10 Thermostat à commande cartographique Une résistance chauffante est noyée dans l élément de cire du thermostat en matériau dilatable. Elle chauffe en plus la cire, laquelle se dilate, générant ainsi la course «x» de la tige poussoir selon la cartographie. La course «x» provoque le déplacement mécanique du thermostat. Le chauffage est commandé par le calculateur moteur selon la cartographie, via un signal PWM (à modulation de largeur d impulsions). Selon la largeur d impulsions et la durée, un chauffage différent se produit. Règle : PWM low (sans tension) = température élevée du liquide de refroidissement PWM high (avec tension) = température basse du liquide de refroidissement Absence de tension de service : le réglage s effectue uniquement avec l élément en matériau dilatable le palier de ventilateur 1 est activé de façon permanente Le chauffage du thermostat ne sert pas au réchauffement du liquide de refroidissement, il assure un réchauffement ciblé = règle le thermostat pour ouvrir le grand circuit de liquide de refroidissement. Aucune tension n est appliquée à l arrêt ou au démarrage moteur. Résistance chauffante x Élément de cire Tige poussoir

47 8.11 Conclusion Les systèmes de refroidissement modernes sont devenus beaucoup plus techniques comme tous les autres systèmes que l on trouve aujourd hui dans l automobile. Afi n de comprendre et de diagnostiquer les systèmes de Thermo Management actuels, des connaissances de base ne suffi sent plus. Une compétence dans les systèmes, des documents techniques et une capacité de raisonnement logique sont indispensables. HIER, NOUS ÉTIONS DANS LE REFROIDISSEMENT MOTEUR, AUJOURD HUI NOUS SOMMES DANS LE THERMO MANAGEMENT

48 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.1 Vase d expansion Généralités Le vase d expansion 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 pourvu des inscriptions «Min» et «Max». Il peut également être équipé 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 bouchon du vase d expansion. Structure / Fonctionnement 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 vase d expansion et la soupape de surpression située dans le bouchon s ouvre, laissant s échapper de l air. Lorsque la température du liquide de refroidissement s est normalisée, une dépression s établit dans le système de refroidissement. Le liquide de refroidissement est aspiré du réservoir. Une dépression s établit alors également dans le réservoir. Par conséquent, la vanne de compensation de la dépression dans le bouchon du réservoir s ouvre. L air passe dans le réservoir jusqu à ce qu un équilibre de pression soit atteint.

49 Conséquences en cas de défaillance Une défaillance du vase d expansion ou du bouchon de fermeture peut se manifester comme suit: Perte de liquide de refroidissement (fuite) au niveau de divers composants ou au niveau du vase d expansion luimême Température excessive du liquide de refroidissement ou du moteur Rupture/éclatement du vase d expansion ou d autres composants du système Les causes peuvent être les suivantes : Surpression dans le système de refroidissement en raison d une soupape défectueuse dans le bouchon Fatigue du matériau Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau de liquide de refroidissement et la teneur en antigel Contrôler la décoloration/contamination (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, mettre sous pression le système de refroidissement (contrôle de pression). Surveiller les inclusions d air dans le système de refroidissement, effectuer éventuellement une purge d air du système de refroidissement conformément aux spécifi cations du constructeur Lorsque tous les points ci-dessus ont été exécutés sans donner lieu à une quelconque réserve, il convient de remplacer le bouchon du vase d expansion. Il est très diffi cile de contrôler l état de la soupape située dans le bouchon

50 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.2 Radiateur de refroidissement Généralités Les radiateurs de refroidissement sont positionnés dans le passage d 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 de vitesses automatiques par exemple. Structure / Fonctionnement 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 fi xation nécessaires. Le bloc radiateur même est composé du faisceau de refroidissement un système à tubes/ ailettes - des fonds tubulaires et des éléments latéraux. Les radiateurs de refroidissement ordinaires ont un caisson à réfrigérant en polyamide renforcé de fi bres de verre, qui est fi xé sur le fond tubulaire avec un joint et un bord rabattu. La tendance actuelle est aux radiateurs 100 % aluminium, qui présentent un faible poids et un encombrement minimal. Ils sont par ailleurs recyclables à 100 %. Le refroidissement du liquide de refroidissement s effectue par les ailettes de refroidissement (faisceau). L air extérieur circulant dans le faisceau du radiateur diminue la température du liquide de refroidissement. Au niveau de la conception, on distingue le radiateur à flux descendant et le radiateur à flux transversal. Sur un radiateur à flux descendant, l eau pénètre par le haut et ressort pas le bas. Sur un radiateur à flux transversal, l eau de refroidissement entre d un côté et ressort de l autre. Si, dans le cas d un radiateur à flux transversal, l entrée et la sortie se trouvent du même côté, le réservoir d eau est cloisonné. Le liquide de refroidissement s écoule alors en sens contraires dans la partie supérieure et la partie inférieure du radiateur. Les radiateurs à flux transversal sont plus bas et sont donc tout à fait adaptés aux VL Réservoir d eau 2. Refroidisseur d huile 3. Joints 4. Ailettes de refroidissement (faisceau) 5. Tôles latérales 6. Fond 7. Tube de refroidissement 6 3 1

51 Conséquences en cas de défaillance Un radiateur défectueux peut se manifester comme suit: Puissance de refroidissement insuffi sante Température du moteur élevée Fonctionnement permanent du moto-ventilateur Puissance insuffi sante de la climatisation Les causes peuvent être les suivantes : Perte de liquide de refroidissement due à une dégradation du radiateur (gravillonnage, accident) Perte de liquide de refroidissement due à la corrosion ou à des raccords non étanches Échange de chaleur insuffi sant en raison d un encrassement extérieur ou intérieur (saletés, insectes, dépôts de calcaire) Eau de refroidissement polluée ou trop vieille Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler l encrassement extérieur du radiateur de refroidissement et, le cas échéant, le nettoyer à l air comprimé à puissance réduite ou au jet d eau. Éviter ici de s approcher trop près des lamelles du radiateur Contrôler la présence de dégradations extérieures et de fuites (raccords de tuyauterie, rabattement des bords, lamelles, boîtier en plastique) Contrôler la décoloration/contamination du liquide de refroidissement (par ex. huile, en raison d un joint défectueux) et la teneur en antigel Vérifi er l écoulement du liquide de refroidissement (bouchage par des corps étrangers, des moyens d étanchéité, des dépôts de calcaire) Mesurer la température d entrée et de sortie du liquide de refroidissement à l aide d un thermomètre infrarouge (par exemple, référence Behr Hella Service : 8PE ) 50 51

52 9 INFORMATIONS TECHNIQUES Bouchon de fermeture du radiateur Généralités On ne fait guère attention au bouchon du radiateur, qui est pourtant un composant très important. Outre sa fonction consistant à fermer de façon étanche l orifi ce de remplissage dans le radiateur ou le vase d expansion, il doit permettre d assurer qu aucune surpression trop élevée et aucune dépression n est produite dans le système de refroidissement. Pour cela, le bouchon de remplissage est doté d une soupape de dépression et de surpression. La soupape de surpression sert à augmenter la pression d environ 0,3-1,4 bar. En fonction de celle-ci, la température d ébullition du liquide de refroidissement passe à C et la capacité du système de refroidissement est améliorée. Pendant le refroidissement, une dépression se produirait si les systèmes étaient fermés de façon complètement hermétique. Empêcher ce phénomène, telle est la fonction de la soupape de dépression. Structure / Fonctionnement Une température élevée du liquide de refroidissement augmente la pression dans le système de refroidissement en raison de la dilatation du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est pressé dans le réservoir. La pression augmente dans le réservoir. La soupape de surpression dans le bouchon s ouvre et laisse l air s échapper. Lorsque la température du liquide de refroidissement s est normalisée, une dépression s établit dans le système de refroidissement. Le liquide de refroidissement est aspiré du réservoir. Une dépression s établit alors dans le réservoir. Par conséquent, la vanne de compensation de la dépression dans le bouchon du réservoir s ouvre. L air passe dans le réservoir jusqu à ce que l équilibre de pression soit atteint.

53 Règles à respecter lors de l ouverture du bouchon du radiateur Laisser refroidir le système de refroidissement à une température de liquide de refroidissement inférieure à 90 C Le système de refroidissement est sous pression lorsque le moteur est chaud En cas d ouverture soudaine du système de refroidissement, il existe un risque de brûlure! Tourner le bouchon de fermeture du circuit de liquide de refroidissement jusqu au premier cran et, sur les modèles vissés, de ½ tour et évacuer la surpression Porter des gants, des lunettes et des vêtements de protection! Contrôle fonctionnel Le parfait fonctionnement de la soupape du couvercle de fermeture du radiateur peut être testé à l aide d un appareil de contrôle adapté (suivant les indications du constructeur). 1. Déterminer la pression d ouverture en augmentant la pression. 2. La soupape de dépression doit être appliquée contre le joint en caoutchouc, pouvoir être facilement soulevée et revenir élastiquement après le relâchement. Behr Hella Service recommande de remplacer également le bouchon à chaque fois que le radiateur est remplacé

54 9 INFORMATIONS TECHNIQUES Rinçage du circuit de refroidissement Lorsqu il y a des impuretés dans le liquide de refroidissement, il faut le vidanger et rincer le système de refroidissement. Les sources d impuretés 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) Des études réalisées sur des radiateurs tombés en panne ont montré que la boue rouge était l encrassement le plus fréquent. Les causes en sont les suivantes : un nettoyage non effectué ou insuffi sant pendant une réparation du système de refroidissement ou un appoint réalisé avec de mauvais produits antigel, ainsi que la réutilisation du liquide de refroidissement purgé. La boue rouge peut se sédimenter et obturer des canaux étroits, agit comme un accélérateur de corrosion lorsque les surfaces métalliques nues en sont recouvertes (effet anodique avec piqûre de rouille) et opère comme un matériau abrasif dans le circuit de refroidissement particulièrement aux endroits où le sens d écoulement est dévié. Nettoyage Selon le degré d encrassement, le système de refroidissement doit être nettoyé à l eau chaude ou avec un liquide de rinçage spécifi que. Selon le constructeur et le symptôme, Il existe différentes procédures de rinçage. Audi recommande par exemple, sur l A6, le rinçage avec un liquide spécifi que dans le cas d une décoloration en rouge-brun du liquide de refroidissement et d une dégradation de la puissance de chauffage. Pour l opération de rinçage multiple, il faut démonter le thermostat et mesurer la puissance de chauffage avant et après le rinçage. Volkswagen prescrit un produit de nettoyage à effet déshuilant et la procédure suivant : Amener le moteur à température de fonctionnement Vidanger le liquide de refroidissement. Sur les moteurs 4 cylindres, remplir 3 litres de produit de nettoyage et compléter avec de l eau Sur les moteurs 8 cylindres, remplir 4 litres de produit de nettoyage et compléter avec de l eau Laisser tourner le moteur pendant 20 minutes avec le thermostat ouvert Vidanger le produit de nettoyage Répéter le processus jusqu à ce que le liquide de nettoyage ressorte à l état limpide Répéter la procédure 2 fois avec de l eau claire Remplir d antigel Pour les modèles Corsa B, Vectra B et Omega B jusqu à l année modèle 1997, Opel fait remarquer 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 conduisant le liquide de refroidissement (échangeur thermique, culasse, etc.).

55 La plupart des agents de nettoyage sont basés sur des composants d acides formiques, oxaliques ou chlorhydriques qu il ne faut en principe pas conserver dans le système de refroidissement. Rincer à fond! Parfois, après le nettoyage, on observe des défauts d étanchéité et des fuites qui n étaient pas visibles auparavant. Ceci est souvent provoqué par l agressivité du produit de nettoyage. Il se trouve en fait qu à l origine, un défaut existait déjà depuis longtemps et que l étanchéité n était assurée que par des dépôts de crasse. Behr Hella Service recommande de réaliser un nettoyage avant tout montage d un nouveau composant dans le circuit de refroidissement. Lors de l utilisation de produits de nettoyage de circuit de refroidissement, il faut veiller à ce qu ils n attaquent aucun matériau d étanchéité et à ce qu ils ne soient pas déversés dans les eaux souterraines ou ne passent pas par le séparateur d huile. Les produits de nettoyage doivent être récupérés avec le liquide de refroidissement et éliminés séparément. Après le rinçage, il faut remplir le circuit avec du liquide de refroidissement conformément aux indications du constructeur (respecter les spécifi cations et le rapport de mélange), procéder à une purge d air et contrôler le fonctionnement et l étanchéité. Produit antigel = produit antirouille! Le degré d encrassement et les indications du constructeur définissent donc le procédé et le liquide de rinçage à utiliser. Il faut dans tous les cas noter que sur les systèmes de refroidissement modernes, du fait de leur conception (p. ex. tube plat), il n est plus possible de rincer tous les composants et qu il faut par conséquent les remplacer. Cela concerne notamment les composants suivants : thermostat radiateur vannes électriques bouchon de fermeture échangeur thermique Lorsque le niveau de liquide de refroidissement dans le vase d expansion n est plus identifi able en raison de l encrassement (huile, rouille), il faut également le remplacer. Le thermostat et le bouchon doivent systématiquement être remplacés

56 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.3 Refroidisseur d air de suralimentation Généralités Augmentation de la puissance dans toute la plage de régimes, faible consommation de carburant, amélioration du rendement moteur, diminution des valeurs de gaz d échappement, décharge thermique du moteur : il existe une multitude de raisons de refroidir l air de combustion des moteurs suralimentés à l aide de refroidisseurs d air de suralimentation. On distingue en principe 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 de marche), et le refroidissement d air de suralimentation indirect où du liquide de refroidissement traverse le refroidisseur d air de suralimentation et évacue la chaleur. Structure / Fonctionnement La structure du refroidisseur d air de suralimentation correspond à celle du radiateur de refroidissement. Pour le refroidisseur d air de suralimentation (RAS), le fluide à refroidir n est pas le liquide de refroidissement, mais l air chaud comprimé provenant du turbocompresseur (jusqu à 150 C). De manière générale, l air ambiant ou le liquide de refroidissement du moteur peuvent faire baisser la température de l air de suralimentation. L air de suralimentation entre dans le RAS et, dans le cas du refroidissement direct de l air de suralimentation, il est traversé par le vent de marche et arrive refroidi à la tubulure d aspiration du moteur. En ce qui concerne le RAS refroidi par liquide, le choix de son emplacement est quasiment libre, étant donné l avantage qu offre son faible encombrement. Ainsi, dans le cas d un refroidissement d air de suralimentation indirect, le RAS refroidi par liquide et la tubulure d aspiration peuvent par exemple 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 du RAS séparé, indépendant du circuit de refroidissement moteur, le rendement du moteur peut être encore accru grâce à 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 logé dans le bloc avant du véhicule. Comme le radiateur basse température occupe nettement moins de place qu un RAS refroidi par air traditionnel, cela dégage de l espace dans le bloc avant. En outre, les conduits d air de suralimentation volumineux disparaissent. Représentation schématique Refroidissement de l air de suralimentation direct Refroidissement de l air de suralimentation indirect / Collecteur d admission avec RAS intégré

57 Refroidissement de l air de suralimentation direct Pompe à liquide de refroidissement du RAS Pompe à liquide de refroidissement du moteur Radiateur de refroidissement basse température Radiateur de refroidissement du moteur Conséquences en cas de défaillance Un refroidisseur d air de suralimentation défectueux peut se manifester comme suit : puissance moteur insuffi sante perte de liquide de refroidissement (pour RAS refroidi par liquide) rejet accru de substances polluantes augmentation de la consommation de carburant Les causes peuvent être les suivantes : raccords / tuyaux de 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 (encrassement) échange thermique insuffi sant en raison d un encrassement intérieur (corrosion, moyens d étanchéité, dépôts de calcaire) défaillance de la pompe à eau (pour radiateur de refroidissement basse température) Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau de liquide de refroidissement Contrôler la décoloration/la contamination du liquide de refroidissement et la teneur en antigel Observer la présence de dégradations et d encrassement Vérifi er la présence de fuites au niveau des composants du système et des éléments de connexion (raccords de tuyauterie) Examiner la pompe à eau Vérifi er le ventilateur et le ventilateur auxiliaire Contrôler le débit (bouchage par corps étrangers, corrosion) 56 57

58 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.4 Refroidisseur d huile Généralités Le refroidissement des huiles fortement sollicitées thermiquement (moteur, boîte de vitesses, direction assistée) par l intermédiaire de refroidisseurs d huile, c est-à-dire l assurance d avoir une température pratiquement constante, apporte d énormes avantages. Les délais entre deux vidanges d huile s allongent et la durée de vie de divers composants augmente. Selon les exigences, les refroidisseurs d huile sont situés dans/ sur le radiateur de refroidissement ou directement sur le blocmoteur. De manière générale, on fait la différence entre les refroidisseurs d huile à air et à liquide de refroidissement. Structure / Fonctionnement Pour les systèmes de véhicule fortement sollicités, un refroidissement conventionnel ne suffi t 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 de marche. Les refroidisseurs d huile à air, qui se trouvent dans le passage d air du bloc avant du véhicule, contribuent à un refroidissement suffi sant 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. Ici, 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 atteinte rapide de la température de fonctionnement et une température de fonctionnement constante sont particulièrement importantes pour les boîtes de vitesses automatiques et les directions assistées. Sinon, il y a par exemple le risque que la direction soit trop dure ou trop souple. Les refroidisseurs à tubes sont aujourd hui de plus en plus souvent remplacés par des refroidisseurs à plaques empilées 100 % aluminium. Ils offrent un refroidissement de surface plus important tout en affi chant un encombrement moindre, et ils peuvent être installés aux endroits les plus divers du compartiment moteur.

59 Conséquences en cas de défaillance Un refroidisseur d huile à air défectueux peut se manifester comme suit : Puissance de refroidissement insuffi sante Perte d huile Élévation de la température de l huile Liquide de refroidissement contaminé Les causes peuvent être les suivantes : Échange de chaleur insuffi sant en raison d un encrassement extérieur ou intérieur (insectes, encrassement, résidu 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 des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau d huile et de liquide de refroidissement Vérifi er si le refroidisseur d huile présente des salissures extérieures, des dégradations (craquelures) Contrôler la décoloration/la contamination du liquide de refroidissement et la teneur en antigel Observer la présence éventuelle de fuites extérieures (raccords) Contrôler le débit (bouchage par corps étrangers, corrosion, résidu boueux d huile, etc.) 58 59

60 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.5 Chauffage additionnel CTP Généralités En raison du haut rendement des moteurs modernes à injection directe (par ex. TDI), la chaleur dissipée n est plus suffi sante lors des jours de froid pour assurer un réchauffement rapide de l habitacle. Les chauffages additionnels CTP, 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 prélevée dans le réseau de bord électrique sans délai et elle est acheminée directement sous forme de chaleur dans l habitacle via le flux d air de la soufflerie. Structure / Fonctionnement Les éléments CTP font partie des résistances céramiques non linéaires. «CTP» signifi e «coeffi cient 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 signifi e qu avec une température en croissance continue, la résistance diminue tout d abord lentement, puis augmente fortement à partir d environ 80 C, et ce jusqu à ce que les éléments CTP n absorbent 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. Le chauffage CTP est constitué de plusieurs éléments chauffants (fi gure 2, pos. A), d un cadre de fi xation, 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 des tôles de contact qui dégage 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. Lorsque la surface d un chauffage CTP est exposée à de l air

61 chaud atteignant 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 12 V (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 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 défi nit 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 additionnel 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. 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. Il existe une possibilité de diagnostic dans le cas de la régulation avec fonctionnalité maxi

62 9 INFORMATIONS TECHNIQUES Conséquences en cas de défaillance Un chauffage additionnel CTP défectueux peut se manifester comme suit : Puissance de chauffage réduite lorsque le moteur est froid Enregistrement d un code défaut dans la mémoire des défauts Les causes peuvent être les suivantes : Commande électrique ou connexions électriques du chauffage additionnel CTP défectueuses Chauffage additionnel CTP défectueux (électronique de puissance, résistances) Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le fusible Lire la mémoire de défauts Lire les blocs de valeurs de mesure Contrôler la commande électrique (relais) Contrôler les connexions électriques Par l intermédiaire de ce qu on appelle la «gestion de charge», le calculateur du réseau de bord régule le chauffage additionnel CTP dans de nombreux véhicules et le coupe en cas de surcharge du réseau de bord. La situation de la gestion de charge peut être consultée aussi souvent que nécessaire par l intermédiaire des blocs de valeurs de mesure. En cas de problème de puissance de chauffage, on peut ainsi déterminer, grâce à la lecture de la mémoire des défauts et des blocs de valeurs de mesure, si une surcharge du réseau de bord n a pas provoqué une coupure du chauffage additionnel. Un chauffage additionnel défectueux peut également être la cause d une surcharge.

63 Chauffage additionnel CTP Échangeur thermique Évaporateur 62 63

64 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.6 Visco -coupleur Généralités Le Visco -coupleur est un élément du Visco -ventilateur. Il a pour mission d établir l adhérence entre l entraînement et la roue du ventilateur en fonction de la température et d influencer la vitesse de rotation de celle-ci. Un ventilateur en plastique générant le courant d air selon les besoins est disposé sur le coupleur. Les Visco -ventilateurs sont principalement utilisés sur les véhicules particuliers à moteur monté longitudinalement et à forte cylindrée et sur les poids lourds. Structure / Fonctionnement Le plus souvent, le Visco -coupleur est directement entraîné par le moteur, par l intermédiaire d un arbre (fi gure 1). S il n y a pas besoin d air de refroidissement, le Visco -coupleur se déconnecte et tourne à une faible vitesse. En cas de besoin croissant, de l huile de silicone provenant de l espace de réserve s écoule dans l espace de travail. C est sans usure, par frottement du liquide, que le couple d entraînement est alors transmis au ventilateur dont la vitesse de rotation s adapte progressivement aux conditions de fonctionnement. Le point d enclenchement se situe à environ 80 C. Sur le Visco coupleur classique, l air extrait du radiateur touche un élément bilame (fi gure 2) dont la déformation thermique provoque l ouverture et la fermeture d une vanne par l intermédiaire d une tige poussoir et d un culbuteur. La position de la vanne et par conséquent la quantité d huile dans l espace de travail déterminent les couples transmissibles et les vitesses de rotation du ventilateur. La quantité de remplissage d huile est de ml (VL). Même lorsque l espace de travail est complètement rempli, il existe une différence entre la vitesse de rotation de l entraînement et la vitesse de rotation du ventilateur (glissement). Le chaleur alors générée est évacuée dans l air ambiant via les ailettes de refroidissement. Sur le Visco -coupleur à commande électronique, la régulation se fait directement par des capteurs. Un régulateur traite les valeurs et un courant de commande cadencé les transmet à l électroaimant intégré. Le champ magnétique défi ni régule la vanne de commande du débit d huile interne par l intermédiaire d un induit. Un capteur supplémentaire de vitesse de rotation du ventilateur ferme le circuit de régulation. Figure 1 Figure 2

65 Raccordement électrique Conséquences en cas de défaillance Orifice de retour Un Visco -coupleur défectueux peut se manifester comme suit : augmentation de la température du moteur ou du liquide de refroidissement importante génération de bruits la roue de ventilateur tourne à pleine capacité dans toutes les conditions de fonctionnement Les causes peuvent être les suivantes : adhérence défectueuse en raison d une fuite d huile perte d huile en raison d un manque d étanchéité encrassement de la surface de refroidissement ou de l élément bilame dommages internes (par exemple vanne de régulation) endommagement du palier roue de ventilateur endommagée adhérence totale en continu en raison d un coupleur défectueux Poulie primaire Culbuteur Plaque d induit Espace de réserve d huile silicone Carter Electroaimant Capteur de vitesse de rotation Palier magnétique Visco -coupleur à régulation électronique Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau de liquide de refroidissement et la teneur en antigel Rechercher toute trace d encrassement extérieur et d endommagement sur le Visco -ventilateur Contrôler le jeu et les bruits du palier Détecter d éventuelles fuites d huile Contrôler le Visco -coupleur en le tournant manuellement, avec le moteur coupé. Lorsque le moteur est froid, la roue de ventilateur doit pouvoir être tournée facilement alors qu avec le moteur chaud, elle doit être diffi cile à tourner Si possible, contrôler le glissement du coupleur en comparant la vitesse de rotation de l arbre d entraînement et de l arbre de ventilateur. Lorsque l adhérence est totale, la différence ne doit en aucun cas dépasser 5% sur les ventilateurs à entraînement direct. L utilisation d un compte-tours optique à bandes réfléchissantes (fi gure 3) convient parfaitement à cette opération. Vérifi er le raccordement électrique (Visco -coupleur à commande électronique) Contrôler la buse d admission d air / les déflecteurs d air Vérifi er que le débit d air du radiateur est suffi sant 64 65

66 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.7 Visco -ventilateur Généralités Outre des radiateurs performants, la dissipation de chaleur des moteurs de VU et des moteurs puissants de VL nécessite également des ventilateurs et des entraînements de ventilateurs qui fournissent l air de refroidissement de façon particulièrement effi cace. Les Visco -ventilateurs se composent d une roue de ventilateur et d un Visco -coupleur. Ils sont utilisés sur les moteurs montés longitudinalement, sont installés en amont du radiateur (dans le sens de déplacement du véhicule) et entraînés par l intermédiaire d une courroie ou directement par le moteur. Structure / Fonctionnement La roue de ventilateur est généralement en plastique et est vissée au Visco -coupleur. Le nombre d ailettes de ventilateur et leur position varient selon la conception. Le carter du Visco coupleur est en aluminium et dispose de nombreuses ailettes de refroidissement. La régulation du Visco -ventilateur peut se faire par l intermédiaire d un simple coupleur bilame dépendant de la température et à autorégulation. La variable commandée est dans ce cas la température ambiante du radiateur de refroidissement. Le Visco -coupleur à commande électrique constitue une autre variante. Sa régulation est électronique et son actionnement électromagnétique. La régulation se base ici sur les données d entrée de différents capteurs. D autres informations fi gurent dans l Info Technique «Visco -coupleur».

67 Conséquences en cas de défaillance Un Visco -ventilateur défectueux peut se manifester comme suit : importante génération de bruits augmentation de la température du moteur ou du liquide de refroidissement Les causes peuvent être les suivantes : roue de ventilateur endommagée perte d huile / fuite encrassement de la surface de refroidissement ou de l élément bilame endommagement du palier Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Contrôler le niveau de liquide de refroidissement Rechercher toute trace d endommagement sur la roue de ventilateur Détecter d éventuelles fuites d huile Contrôler le jeu et les bruits du palier Contrôler la fi xation de la roue de ventilateur et du Visco coupleur Vérifi er la présence et la bonne fi xation de la buse d admission d air / des déflecteurs d air 66 67

68 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.8 Échangeur thermique - chauffage Généralités L échangeur thermique est monté dans le boîtier du chauffage de l habitacle et il est traversé par le liquide de refroidissement. L air circulant dans l habitacle passe par l échangeur thermique et il est ainsi réchauffé. Structure / Fonctionnement L échangeur thermique se compose, comme le radiateur de refroidissement, d un système à ailettes et à tubes reliés mécaniquement. Ici aussi, la tendance est à la structure 100 % aluminium. Le liquide de refroidissement passe par l échangeur thermique. Le débit est le plus souvent régulé par des soupapes actionnées mécaniquement ou électriquement. Le chauffage de l air à l intérieur du véhicule s effectue par les ailettes de refroidissement (faisceau) de l échangeur thermique. Le flux d air, qui est produit par la soufflerie et/ou par le vent de marche, passe par l échangeur thermique qui est traversé par du liquide de refroidissement chaud. Ainsi l air se réchauffe et se propage dans l habitacle.

69 Conséquences en cas de défaillance Un échangeur thermique défectueux ou déficient peut se manifester comme suit : puissance de chauffage insuffi sante perte de liquide de refroidissement émanation d une odeur (douçâtre) vitres embuées débit d air insuffi sant Les causes peuvent être les suivantes : échange de chaleur insuffi sant en raison d un encrassement extérieur ou intérieur (corrosion, additifs de liquide de refroidissement, saletés, dépôts de calcaire) perte de liquide de refroidissement due à la corrosion perte de liquide de refroidissement due à des raccords non étanches fi ltre d habitacle encrassé impuretés/bouchage dans le système de ventilation (feuilles) commande de volet défectueuse Recherche des défauts Étapes de contrôle pour la détection des défauts : Observer l éventuelle présence d odeurs et de buée sur les vitres Contrôler le fi ltre d habitacle Contrôler l étanchéité de l échangeur thermique (raccords de tuyauterie, rabattements des bords, faisceau) Contrôler la contamination/décoloration du liquide de refroidissement Vérifi er l écoulement du liquide de refroidissement (bouchage par corps étrangers, dépôts de calcaire, corrosion) Mesurer la température d entrée et de sortie du liquide de refroidissement Vérifi er l éventuelle présence d obstructions/corps étrangers dans le système de ventilation Vérifi er la commande du volet (air recirculé/air frais) 68 69

70 9 INFORMATIONS TECHNIQUES 9.9 Refroidisseur d huile pour ralentisseur hydrodynamique Généralités Sur les véhicules utilitaires, les ralentisseurs hydrodynamiques (fonctionnant au liquide) servent de frein hydraulique quasiment inusable et assistent le véritable système de freinage. L énergie cinétique transformée en chaleur, générée par le ralentissement de la vitesse d écoulement de l huile, doit être évacuée vers le système de refroidissement par l intermédiaire d un échangeur thermique. L utilisation du ralentisseur est activée par le conducteur ou s effectue automatiquement. La puissance de freinage s élève à plusieurs centaines de kw. Structure / Fonctionnement Outre le frein de service d un véhicule utilitaire, qui est généralement un frein à friction qui s use, les constructeurs automobiles utilisent de plus en plus souvent des dispositifs de ralentissement supplémentaires inusables. Le ralentisseur hydrodynamique constitue un type, dont le mode de montage - appliqué ou encastré - varie. On fait ainsi la distinction entre les ralentisseurs externes et internes. Les ralentisseurs externes peuvent librement positionnés dans la zone de la chaîne cinématique, tandis que les ralentisseurs internes sont partiellement ou complètement intégrés dans la boîte de vitesses. Il existe des variantes de ralentisseurs «Inline» (intégrés dans la chaîne cinématique) et «Offline» (bridés à côté de la boîte de vitesses). Toutes les variantes ont plusieurs objectifs communs : réduire la vitesse du véhicule maintenir la vitesse à un niveau constant en descente minimiser l usure du frein de service protéger le frein de service contre tout surcharge du véhicule, et un stator fi xe. Le rotor accélère l huile amenée. Grâce à la forme des aubes du rotor et à la force centrifuge, l huile est acheminée dans le stator qui, de ce fait, freine le rotor et par conséquent l arbre d entraînement. L énergie thermique générée dans le ralentisseur chauffe l huile, qui est de nouveau refroidie par l intermédiaire d un refroidisseur d huile (voir fi gure 4, page suivante). Le refroidisseur d huile 100% aluminium ou en acier est bridé au ralentisseur et évacue la chaleur absorbée vers le circuit de liquide de refroidissement du véhicule. Afi n que la température limite prédéfi nie ne soit pas dépassée, un capteur de température destiné à surveiller la température du liquide de refroidissement est monté à proximité du refroidisseur d huile. Le capteur assure que le ralentisseur sera régulé vers le bas ou coupé en cas de dépassement de la température limite. Les ralentisseurs hydrodynamiques (voir fi gure 2, page suivante) fonctionnent généralement à l huile (en partie également à l eau) et disposent d une réserve d huile interne ou externe qui, lors du freinage, est acheminée dans un carter de convertisseur à l aide d air comprimé. Le carter est composé de deux roues à aubes opposées : un rotor, qui est relié à la chaîne cinématique Convertisseur ralentisseur Réserve d huile Raccord d air comprimé vers/du Circuit de liquide de refroidissement Refroidisseur d huile Ralentisseur avec refroidisseur d huile monté en applique Circuit de refroidissement avec ralentisseur : 1. Radiateur véhicule 2. Moto-ventilateur 3. Pompe à eau 4. Thermostat de liquide de refroidissement 5. Capteur de température du liquide de refroidissement 6. Ralentisseur avec refroidisseur d huile

71 Conséquences en cas de défaillance Une défaillance ou un défaut du ralentisseur peut se manifester comme suit : perte de liquide de refroidissement perte d huile mélange d huile et d eau défaillance totale de la fonction de freinage Les causes peuvent être les suivantes : Surchauffe du système de refroidissement due à un manque de liquide de refroidissement, à un mauvais liquide de refroidissement ou à un mauvais mélange Surchauffe du liquide de refroidissement due à une mauvaise manipulation (freinage à fond du véhicule à faible régime moteur, mauvais choix de rapport de vitesse) et cavitation en résultant (bouillonnement du liquide de refroidissement à la suite de sollicitations thermiques élevées), voir fi gure 3 Endommagement des joints / raccords de tuyauterie Rétrécissements de sections en raison de l encrassement à l intérieur de l échangeur thermique ou du système de refroidissement Sollicitations thermiques élevées et/ou brusques (température / pression) Défauts d étanchéité internes de l échangeur thermique Défaillance du capteur de température (fi gure 1) Recherche des défauts Les étapes suivantes doivent être suivies lors de la recherche des défauts : Contrôle du respect des spécifi cations du constructeur concernant le liquide de refroidissement (type de liquide de refroidissement, rapport de mélange) Contrôle du niveau de liquide de refroidissement Contrôle d une éventuelle présence de fuites et de contaminations (huile, calcaire, rouille, moyen d étanchéité) du système de refroidissement Contrôle d un éventuel rétrécissement de sections d arrivée/ d évacuation du liquide de refroidissement Vérifi er que l échangeur thermique est bien fi xé et qu il ne présente aucune fi ssure Vérifi er les composants électriques (capteur) Contrôler le fonctionnement d autres composants du système de refroidissement (ventilateur, thermostat, pompe à eau, couvercle de fermeture) Lors du remplacement du refroidisseur d huile, le système de refroidissement doit être rincé et l huile du ralentisseur et le liquide de refroidissement doivent être remplacés. Le produit de nettoyage pour circuits de refroidissement (référence HELLA : 8PE ) convient par exemple très bien pour le rinçage. Les directives particulières, spécifi ques au constructeur, doivent toujours être observées. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure

72 Commercialisation et informations : HELLA S.A.S. B.P av Albert Einstein Le Blanc Mesnil Cedex Téléphone: Télécopie: [email protected] Internet: HELLA nv/sa Langlaarsteenweg Aartselaar T F E [email protected] I BEHR HELLA SERVICE GmbH, Schwäbisch Hall Dr.-Manfred-Behr-Straße Schwäbisch Hall, Germany 9Z DG/01.12/0.4 Printed in Germany