Etude et validation d'une solution thermique pour réduire la surconsommation à froid d'un moteur thermique automobile : carter avec isolation interne équipé de caloducs à conductance variable

Study and validation of a thermal solution to reduce the overconsumption of a car engine after a cold start : oil pan with internal insulation and equiped with variable conductance heat pipes

• Auteur / Autrice : Stéphane Roudnitzky
• Direction : Bernard Desmet, Souad Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement

Automobiles -- Carburants -- Consommation

Caloducs

Mots clés libres

Caloduc à conductance variable

Résumé

Un moteur consomme sensiblement plus à froid qu'à chaud, principalement à cause de l'augmentation de ses frottements internes, conséquence de la très grande viscosité de l'huile froide, et d'une combustion dégradée. Le respect des normes anti-pollution imposera de plus en plus de limiter cette surconsommation à froid. A partir de recherches bibliographiques et de simulations numériques sous le modèle thermo-hydraulique Thermot, la solution technologique retenue pour être étudiée dans cette thèse est le carter d'huile isolé équipé de caloducs à conductance variable. L'isolation interne du carter d'huile du moteur accélère la montée en température de l'huile en limitant les pertes thermiques, abaissant ainsi plus rapidement les frottements internes importants à froid, et par conséquent la surconsommation. Mais l'huile ne doit pas subir de surchauffe lorsque le moteur fonctionne à chaud à forte charge. D'où le recours aux caloducs à conductance variable, pour la refroidir dans la zone du carter à partir d'un certain niveau de température, afin de remplacer le refroidissement par les parois du carter devenu inefficace par l'isolation. Les caloducs, par leur faible inertie thermique, n'annihileront pas l'effet de l'isolation interne du carter. Les essais sur véhicule ont démontré que l'isolation interne permettait de limiter la surconsommation à froid, et ainsi d'abaisser la consommation à faible charge lorsque la température extérieure est froide. Les essais en laboratoire ont démontré que le caloduc à conductance variable était compatible pour refroidir à chaud l'huile du carter en dépit des vibrations et accélérations qu'il subirait en fonctionnement dans un véhicule. Cette thèse conclut par 2 configurations possibles pour abaisser la surconsommation à froid : un carter avec isolation interne équipé de 2 caloducs à conductance variable légèrement inclinés par rapport à l'horizontale et disposés à contre-sens, ou un carter avec isolation interne avec une adaptation du modine (échangeur huile-eau).

An engine consumes substantially more cold than hot, because of the internal friction increased in the high viscosity of cold oil, and bad burning. Compliance with anti-pollution standards will require more and more to limit the overconsumption cold. From literature research and numerical simulations under the thermo-hydraulic model Thermot, the technological solution chosen to be studied in this thesis is the oil sump isolated and equipped with variable conductance heat pipes. The internal insulation of the engine's oil pan accelerates oil temperature's rise in reducing heat loss, thus the internal friction, and hence overconsumption. But oil needs to be not overheated when the engine runs hot at high load. That's why variable conductance heat pipes are used to cool oil from a certain temperature level in the area of the oil pan, in order to replace the cooling by the walls which becomes inefficient because of insulation. The low thermal inertia of the heat pipes won't annihilate the effect of the oil pan's internal insulation. The vehicle tests have shown that the internal insulation allows limiting overconsumption after a cold start, and furthermore allows to lower consumption at low load when the outside temperature is cold. Laboratory tests have shown that the variable conductance heat pipe was compatible to cool the hot oil in the pan despite vibrations and accelerations that it would undergo when operating in a vehicle. This thesis concludes by two possible configurations to reduce overconsumption when cold: an oil pan with internal insulation fitted with two variable conductance heat pipes slightly inclined to the horizontal and put in the opposite direction, or an oil pan with internal insulation coupled with an adaptation of the modine (oil-water heat exchanger).