Rapport technique sur la gestion thermique.

04-06-2019 - Reportages

 

Gestion thermique


Dans ce rapport, nous allons expliquer les différents systèmes de contrôle de la température générée par l’activité du moteur. Ils font tous partie du vaste catalogue de produits FAE.



1. Introduction à la gestion thermique

   1.2. Le refroidissement du moteur
2. Le thermostat: régule le débit du liquide de refroidissement
2.1. Le thermostat à cire: le plus utilisé aujourd'hui
3. Le thermocontact: gestion du ventilateur et alarme d'anomalie
               3.1. Thermocontact d’alarme FAE
               3.2. Thermocontact de ventilateur FAE
4. L’électrovanne thermostatique : chauffe l'intérieur de l'habitacle
5. Capteurs de température: contrôle de la température du liquide de refroidissement

 
Les produits que FAE inclut dans cette famille sont les suivants: 

 

1. INTRODUCTION À LA GESTION THERMIQUE
 

Nous savons que l'activité même d'un moteur génère des températures de fonctionnement élevées
qui peuvent atteindre jusqu'à 2000°C en combustion et peuvent même endommager, voire faire fondre, les matériaux du moteur.

Une température élevée dans un moteur entraîne la dilatation de matériaux qui peuvent causer des grippages et des déformations. De plus, moins d'un quart de l'énergie calorifique consommée par le moteur à combustion interne est transformée en force utile. Le reste de la chaleur doit être dispersé de manière à ce qu'aucune pièce ne surchauffe au point où elle ne puisse plus fonctionner correctement. C'est pourquoi le refroidissement d'un moteur est essentiel à son bon fonctionnement et à sa durabilité.

Le système de refroidissement doit évacuer la chaleur produite par la combustion et le frottement interne du moteur et maintenir une température de fonctionnement idéale et constante dans les limites qui lui permettent d'être aussi efficace que possible, sans endommager la mécanique.

Mais ce n'est pas tout, le système de refroidissement doit aider à chauffer le moteur lors de l'allumage, afin d'atteindre la température de fonctionnement idéale le plus rapidement possible.

Dans l'image, nous pouvons voir le graphique des températures élevées dans la chambre de combustion interne peut dépasser 2000 º C.

 
1.2. LE REFROIDISSEMENT DU MOTEUR

L'un des systèmes les plus couramment utilisés aujourd'hui est le système de
refroidissement à eau. Il s'agit d'un circuit à l'intérieur du moteur, à travers des cavités creuses qui permettent à l'eau de circuler et qui, mélangée à du liquide de refroidissement et à de l’antigel refroidit les parois internes des conduits, évacuant ainsi la température. Cette eau sort du moteur pour se refroidir grâce à l'action du radiateur, puis retourne dans le moteur pour le refroidir.

Une pompe à eau centrifuge est chargée de réguler le débit d'eau approprié à chaque situation.  Plus le régime moteur est élevé, plus l'eau circule rapidement dans le système.
L'eau entre dans le moteur par la partie inférieure du moteur et passe par l'intérieur creux de la culasse et de la chambre de combustion, et sort par la partie supérieure. De là, elle entre directement dans le radiateur qui est un échangeur de chaleur, où l'eau est refroidie une fois exposée à l'air froid  et grâce à la grande surface de refroidissement  de ses alvéoles. L'eau refroidie est envoyée à nouveau à l’intérieur du moteur par l'aspiration de la pompe à eau.
Le système à circulation forcée est capable de maintenir la température de l'eau à environ 85-90ºC. En effet, un changement brusque de la température du moteur, soit par refroidissement ou par réchauffement, peut causer des dilatations ou des contractions des matériaux.
La chaleur dissipée par le système de refroidissement du moteur est également utilisée pour chauffer l’habitacle. Lorsque nous allumons le chauffage de la voiture, un petit échangeur de chaleur chauffe l'air qui chauffera l'habitacle.                                                                                         
                                                                                                                                                     Schéma du système de refroidissement par eau.
 

 
 
2. LE THERMOSTAT: RÉGULE LE DÉBIT DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT

Le thermostat ou vanne thermostatique contrôle que la température de fonctionnement soit située entre les limites idéales pour le bon fonctionnement du moteur. Cette vanne régule la circulation de l'eau dans le circuit pour que la température du moteur reste stable, entre 70ºC et 90ºC, limite idéale pour le bon fonctionnement du moteur.
La température de fonctionnement du moteur a un effet direct sur la lubrification et l'alimentation, ainsi que sur la consommation de carburant et donc sur la pollution.
A basse température, le mélange combustible n'atteint pas le pouvoir calorifique requis et augmente sa consommation. L'huile est plus dense et rend le mouvement interne plus difficile. D'autre part, à haute température, l'huile perd ses propriétés lubrifiantes et les matériaux du moteur en souffrent.
Le thermostat est situé à la sortie du bloc-moteur, avant le radiateur, et lorsque la température de l'eau est inférieure à la température prévue, le thermostat est fermé, de sorte que l'eau ne circule pas dans le radiateur pour que le moteur chauffe avant. En fait, lorsque le thermostat est fermé, l’efficacité du circuit de refroidissement diminue, réduisant ainsi la circulation du liquide de refroidissement, allant même jusqu’à la supprimer, en la faisant circuler uniquement à l’intérieur du bloc-moteur.

                                                                                                     
                                                                                                                                                      Détail des parties d'un thermostat à cire FAE.                 

 

Cela permet au moteur de chauffer beaucoup plus rapidement au démarrage, ce qui réduit le temps de fonctionnement à basse température. Le type de thermostat le plus couramment utilisé aujourd'hui est celui connu sous le nom de thermostat à cire.

Types de thermostats FAE:
 

Thermostat FAE. Kits complets de thermostats FAE. Couvercles de thermostat FAE.




2.1. LE THERMOSTAT À CIRE: LE PLUS UTILISÉ AUJOURD’HUI

Une certaine quantité de cire se trouve à l'intérieur d'une capsule qui, avec les changements de température, modifie considérablement son volume, ce qui provoque son expansion lorsqu'elle est chauffée, poussant une membrane en caoutchouc qui, fixée à une tige, fait bouger la capsule et ouvre le thermostat, permettant à l'eau de circuler dans le système de refroidissement. En refroidissant, elle se contracte, ce qui ramène la capsule à sa position initiale, grâce à l'effet du ressort, ce qui referme la vanne et empêche ainsi la circulation de l'eau à l’intérieur du circuit.
Pour que ce système fonctionne correctement, le système de refroidissement doit être étanche, de sorte que le point d'ébullition de l'eau dépasse 100ºC, ce qui favorise le refroidissement. Pour cela, il est important de maintenir l'étanchéité des zones avec des joints, tels que le couvercle du thermostat.
C'est ainsi que la vanne maintient la température de fonctionnement idéale dans le système de refroidissement de notre moteur.
 
 
 
                             

                                                                                 Fonctionnement d’un thermostat à cire FAE.




3. LE THERMOCONTACT: GESTION DU VENTILATEUR ET ALARME D’ANOMALIE


Pour faciliter le refroidissement, les moteurs sont équipés d'un ventilateur qui, entraîné par le moteur lui-même, génère une circulation d'air forcée à travers le radiateur, permettant ainsi de mieux refroidir l'eau, notamment au ralenti et à petit régime.
Bien que son fonctionnement ne soit pas continu, dans le cas où la vitesse du véhicule est rapide, l'air entrant par la grille avant sera suffisant pour le refroidissement. Dans ce cas, le ventilateur est arrêté pour minimiser la consommation et pour une circulation plus silencieuse.
Dans les voitures avec climatisation, le ventilateur refroidit également le condenseur. Dans ce cas, il faut donc un ou deux ventilateurs plus puissants.
Pour contrôler le fonctionnement du ventilateur du radiateur ou pour avertir le conducteur d'une anomalie de la température du moteur, on utilise les thermocontacts.
Ce sont des interrupteurs qui, montés dans le circuit de refroidissement, dans le radiateur ou à côté de celui-ci, agissent sur les variations de température. Au-delà d'une certaine limite de température, ils activent l'ouverture ou la fermeture des contacts électriques.

Il existe deux types de thermocontacts FAE:



3.1. Thermocontact d’alarme FAE

C'est un système qui informe le conducteur d'un état anormal de la température du moteur.

                                                  

 
                                                                                                                                                      Dissection d'un thermocontact d'alarme FAE.




3.2. Thermocontact de ventilateur FAE

Il allume/éteint le ventilateur du radiateur en fonction de la température souhaitée pour obtenir la température optimale de fonctionnement du moteur.



 
                                                                                                                                                        Dissection d'un thermocontact de ventilateur FAE.

 



4. L’ÉLECTROVANNE THERMOSTATIQUE : CHAUFFE L’INTÉRIEUR DE L’HABITACLE
 

L'électrovanne thermostatique FAE est une vanne électromécanique qui contrôle le passage d'un fluide dans un conduit. La vanne se déplace au moyen d'une bobine de solénoïde qui génère l'énergie mécanique nécessaire pour que la vanne puisse ouvrir ou fermer le passage du fluide.

Comme déjà mentionné, le circuit de refroidissement du moteur est utilisé comme source de chaleur pour chauffer l'intérieur de l’habitacle du véhicule. Le liquide de refroidissement circule dans un petit échangeur de chaleur appelé  “noyau de l’appareil de chauffage”. Un ventilateur fait circuler l'air à travers ce noyau lorsque nous avons besoin d'air chaud. La vanne de contrôle (électrovanne) du réchauffeur  contrôle la quantité de liquide de refroidissement  qui circule dans le noyau du réchauffeur pour générer la chaleur nécessaire en fonction des besoins indiqués sur le tableau de bord.


 
                                                                                                                                                                                       
                                                                                                                             
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Électrovanne thermostatique de FAE

 
 
 
Fonctionnement d’une électrovanne thermostatique de FAE.  

 
 
 
5. CAPTEURS DE TEMPÉRATURE : CONTRÔLE DE LA TEMPÉRATURE DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT

L'un des éléments les plus importants dans les automobiles d'aujourd'hui est le capteur de température, qui mesure la température du liquide de refroidissement. Cette information, qui est mesurée par l'intermédiaire d'un NTC (Negative Temperature Coefficient), qui modifie sa résistance en fonction de la température, et qui se trouve à l'intérieur du capteur, est envoyée directement à l’ECU (Engine Control Unit) ou au module de gestion du système de refroidissement qui régule l'injection pour adapter la combustion à la température du moteur. Lorsque le moteur est froid, l'électronique du moteur améliore la combustion en enrichissant le mélange et en le régulant constamment jusqu'à ce que la température idéale soit atteinte. En effet, lors du démarrage à froid, il y a des défaillances de combustion et des changements rapides de température  pour les pièces qui sont froides, c’est pourquoi l’ECU modifie l'angle d'avance à l'allumage, la carte d'injection, la capacité d'injection d'huile, la soupape de ventilation d'huile, etc. pour que  tous les systèmes moteurs fonctionnent selon les paramètres établis et que la mécanique ne souffre pas au cours de ce processus critique.
Le capteur de température de FAE est également de plus en plus utilisé pour remplacer le thermocontact pour allumer et éteindre le ventilateur, ainsi que pour indiquer la température sur le thermomètre du tableau de bord. Auparavant, cette fonction était assurée par les thermistances, dont FAE fabrique un grand nombre de références disponibles sur le marché.
                                                                                                                                                                    Capteur de température du liquide de refroidissement fabriqué par FAE.
 
 
 
                          
Dissection d’un capteur de température fabriqué par FAE.
 

 

FAE fabrique des produits pour la gestion de la température des moteurs depuis 1952, et produit actuellement plus de 2 millions de pièces par an, qu’elle sert dans plus de 97 pays où elle est présente, avec plus de 1200 références pour des applications en Europe, en Asie et en Amérique du Nord.

 

Si vous voulez en savoir plus sur nos produits, visitez http://www.fae.es/fr/ ou contactez-nous à fae@fae.es