REFROIDISSEMENT MOTEUR – BASES

Les températures générées lors la combustion du carburant (jusqu'à 2 000 °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 courant d'air du 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.

Points faibles :

• longue durée de mise en température
• faible température du moteur pendant la saison froide

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, ils sont décrits 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

Les compartiments moteurs devenant de plus en plus compacts, le logement des composants et la dissipation des énormes quantités de chaleur représentent un défi important. Pour refroidir le compartiment moteur, les circuits de refroidissement modernes doivent répondre à des exigences élevées ; d'importants progrès ont donc été réalisés dernièrement en matière de refroidissement.

Les exigences liées au système 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 / affichage)

Le refroidissement du moteur commence à partir de 1905. À l'époque, la température de combustion dans le moteur était env. 600-800 °C. À la fin du siècle jusqu'en 1938 env., on utilisait des radiateurs en acier, puis des radiateurs en métal non ferreux (cuivre/laiton). L'inconvénient : un poids important et des réserves de matériaux limitées, d'où un prix plus élevé.

Exigences liées au radiateur :

• puissance volumique élevée
• rigidité suffisante
• résistance durable à la corrosion
• faibles coûts de fabrication
• fabrication écologique

Réalisation :

• Réservoir d'eau en plastique renforcé de fibres 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 spécifications clients (constructeurs)

Un radiateur défectueux peut se manifester comme suit:

• Puissance de refroidissement insuffisante
• Température du moteur élevée
• Fonctionnement permanent du moto-ventilateur
• Puissance insuffisante 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 insuffisant en raison d'un encrassement extérieur ou intérieur (saletés, insectes, dépôts de calcaire)
• Eau de refroidissement polluée ou trop vieille

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
• Vérifier 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

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). 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.

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 lui-même
• 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 de fermeture
• Fatigue du matériau

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 de chaleur, 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 spécifications du constructeur

Lorsque tous les points ci-dessus ont été exécutés sans donner lieu à une quelconque réserve, il convient de remplacer le bouchon de fermeture du vase d'expansion. Il est très difficile de contrôler l'état de la soupape située dans le bouchon de fermeture.

Les thermostats contrôlent la température du liquide de refroidissement et, par conséquent, la température du moteur. Les thermostats mécaniques ont peu évolué au fil des années et sont toujours utilisés. Leur fonctionnement est assuré par un élément de cire dilatable qui ouvre une soupape et qui ramène au radiateur de refroidissement le liquide pour le refroidir. Le thermostat s'ouvre à une certaine température qui est définie pour le système et ne peut pas être modifiée. 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%)

L'échangeur de chaleur fournit la chaleur qui est acheminée dans l'habitacle du véhicule avec le flux d'air du ventilateur. 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 :

• Totalement recyclable
• Garantie de la température d'habitacle souhaitée
• Échangeur de chaleur 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
• Pièce intercalaire de turbulence, pour améliorer la transmission de chaleur
• Des encoches dans les ailettes augmentent la performance
• Nouvelle version, comme pour le radiateur de refroidissement - 100 % aluminium

Un échangeur de chaleur d'habitacle défectueux ou déficient peut se manifester comme suit :

• puissance de chauffage insuffisante 
• perte de liquide de refroidissement 
• émanation d'une odeur (douçâtre) 
• vitres embuées 
• débit d'air insuffisant

• Les causes peuvent être les suivantes :
• échange de chaleur insuffisant 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 
• filtre d'habitacle encrassé 
• impuretés/bouchage dans le système de ventilation (feuilles) 
• commande de volet défectueuse

Étapes de contrôle pour la détection des défauts :

• Observer l'éventuelle présence d'odeurs et de buée sur les vitres
• Contrôler le filtre d'habitacle
• Contrôler l'étanchéité de l'échangeur de chaleur d'habitacle (raccords de flexibles, rabattements des bords, faisceau)
• Contrôler la contamination/décoloration du liquide de refroidissement
• Vérifier 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
• Vérifier l'éventuelle présence d'obstructions/corps étrangers dans le système de ventilation
• Vérifier la commande du volet (air recirculé/air frais)

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. Le Visco®-ventilateur 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 Visco®-ventilateur est commandé en fonction de la température de fonctionnement.

Historique :
Rigide (entraînement permanent), exige beaucoup d'énergie (PS), bruyant, importante consommation. En revanche, les ventilateurs électriques (VL) consomment moins, sont plus silencieux et ont besoin de moins d'énergie. Les objectifs de développement étaient une faible consommation et moins de bruits, p. ex. la réduction du bruit par des ventilateurs blindés.

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.

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

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 fixation de la roue de ventilateur et du Visco®-coupleur
• Vérifier la présence et la bonne fixation de la buse d'admission d'air / des déflecteurs d'air

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 %.

Un Visco®-ventilateur 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

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 difficile à tourner

La roue de ventilateur doit pouvoir être tournée facilement alors qu'avec le moteur chaud, elle doit être difficile 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 convient parfaitement à cette opération
• Vérifier le raccordement électrique (Visco®-coupleur à commande électronique)
• Contrôler la buse d'admission d'air / les déflecteurs d'air
• Vérifier que le débit d'air du radiateur est suffisant

Dans le domaine des VL, des ventilateurs électriques sont la plupart du temps utilisés. Ce sont souvent des ventilateurs d'extraction, mais parfois aussi des ventilateurs soufflants. Puisqu'un flux d'air plus élevé passe dans le radiateur de refroidissement lors du fonctionnement du ventilateur, une température optimale du liquide de refroidissement est garantie dans tous les états de fonctionnement du véhicule. Dans la partie avant du véhicule, on trouve la plupart du temps d'autres radiateurs (par ex. air de suralimentation, direction, carburant, condensateur), dont les agents (air, huile, carburant, réfrigérant) sont également refroidis par des ventilateurs électriques.

L'activation du ou des ventilateurs (ventilateur double) s'effectue par un contacteur de pression ou de température ou par un calculateur. Il est ainsi possible de régler le régime du ventilateur en fonction des conditions, par paliers (commutateur) ou en continu (par largeur d'impulsion). Pour les ventilateurs à régulation électronique, le calculateur se trouve souvent à proximité de l'unité de ventilateur. À l'aide d'un appareil de diagnostic/oscilloscope, il est possible de lire la mémoire des défauts ou de contrôler l'activation. Les causes de défaillance possibles sont les dommages mécaniques (crash, endommagement du palier, palette directrice brisée) et les défauts électriques (défaut de contact, court-circuit, interrupteur/calculateur défectueux).

Le ou les moto-ventilateurs électriques sont la plupart du temps montés sur les boîtiers de ventilateur. Ils ont pour fonction d'amener l'air qui circule à travers le radiateur jusqu'au ventilateur, de façon ciblée et au maximum sans perte de flux. Le boîtier du ventilateur est fixé pour cette raison le plus près possible du radiateur.