Conception moderne du système de refroidissement : c'est plus une question de groupe motopropulseur que de température

La lecture de documents d'ingénierie a tendance à être un exercice ennuyeux, mais ils donnent à un technicien comme moi une nouvelle perspective sur la façon dont un système de refroidissement automobile courant pourrait réellement être amélioré. Bien entendu, notre réflexion immédiate est de savoir comment le système de refroidissement peut maintenir le moteur au frais. Ce n’est pas le cas, selon un article. Au contraire, le mot clé ne concerne pas la « température » ; il s'agit de « groupe motopropulseur ». Compte tenu de l’état avancé de la technologie des moteurs à combustion interne (ICE), certaines innovations récentes en matière de système de refroidissement augmenteront le couple du moteur et l’économie de carburant tout en réduisant les émissions d’échappement. Permettez-moi de simplifier cette idée : la nouvelle technologie du système de refroidissement permettra aux ICE de fonctionner mieux et plus proprement. Alors, mettons-nous sur la même longueur d’onde en passant en revue quelques bases.

Bien que peaufiner le système de refroidissement pour obtenir plus de puissance et d'économie soit une tâche grisante, l'essentiel de cette histoire est que la technologie actuelle du système de refroidissement n'a pas progressé aussi loin que les simples systèmes à thermo-siphon introduits au début des années 1900. Le système de thermo-siphon fait circuler le liquide de refroidissement en permettant au liquide de refroidissement dilaté thermiquement de s'élever du moteur chaud vers le réservoir collecteur d'un radiateur en laiton à noyau vertical. Lorsque le liquide de refroidissement commence à couler en raison de la contraction thermique, il rayonne de la chaleur dans la masse d'air traversant le noyau du radiateur. Une fois que le noyau du radiateur a dissipé la chaleur du liquide de refroidissement, le flux de liquide de refroidissement retourne vers le bloc moteur inférieur pour répéter le cycle. Mais, aussi simples soient-ils, les systèmes à thermo-siphon ne fonctionnaient bien qu'avec des moteurs produisant moins de 30 ch.

Avec l'avènement de plus de puissance, les pompes à eau centrifuges entraînées par courroie ont transformé le système à thermo-siphon en un système de refroidissement moderne à débit positif pouvant fonctionner dans presque tous les types de climat. Malheureusement, la pompe à eau centrifuge fournit une circulation de liquide de refroidissement supérieure à celle dont le moteur a besoin dans la plupart des situations de conduite, ce qui la rend terriblement inefficace en termes d'économie d'énergie moderne.

La distribution de l'eau à travers la culasse est contrôlée par des passages moulés dans le bloc et par des passages emboutis dans le joint de culasse. Quel que soit le système, distribuer un flux uniforme de liquide de refroidissement à travers le bloc moteur, la culasse et autour des orifices d'échappement chauds reste l'objectif principal de tout système de refroidissement contemporain.

Idéalement, un moteur à combustion interne devrait fonctionner près du point d'ébullition de l'eau pour garantir que l'eau, un sous-produit de la combustion, s'évapore de l'huile moteur pendant le fonctionnement normal. Sans un point de consigne de température de liquide de refroidissement élevé, l’huile moteur se transforme rapidement en une boue noire très visqueuse qui obstrue les passages d’huile vitaux et corrode les pièces internes. Aujourd'hui, les thermostats contrôlés par des pastilles de cire constituent la méthode standard pour gérer mécaniquement le débit et la température du liquide de refroidissement.

Le thermostat bloque le flux de liquide de refroidissement pendant le réchauffement du moteur, ce qui provoque une différence marquée dans les taux de dilatation thermique entre les blocs moteurs en fonte et les culasses en aluminium. Cette inégalité de transfert de chaleur peut éventuellement provoquer une fatigue du métal dans la culasse et une défaillance du joint de culasse. Le circuit de dérivation du liquide de refroidissement permet à la pompe à eau de réchauffer uniformément l'ensemble moteur en faisant circuler le liquide de refroidissement à travers le bloc moteur et la culasse lorsque le thermostat est fermé. La plupart des circuits de dérivation font circuler le liquide de refroidissement directement de la sortie de pression de la pompe à eau jusqu'à la base du thermostat, ce qui garantit une température d'ouverture précise du thermostat.

Un radiateur élimine la chaleur du liquide de refroidissement en la transférant vers une atmosphère relativement fraîche. Les radiateurs ont évolué des radiateurs en laiton du passé aux radiateurs contemporains à noyau en aluminium avec réservoirs en plastique. À l'époque, des radiateurs étaient montés à l'avant de la tôle de carrosserie pour recueillir l'air circulant librement à la vitesse de la route. De nos jours, les radiateurs sont placés derrière la tôle de la carrosserie pour atteindre des objectifs aérodynamiques, ce qui crée des problèmes de conception majeurs concernant la capacité du liquide de refroidissement du radiateur et l'exposition à l'air libre.