Bruit de gargouillis du radiateur de chauffage : causes, solutions de conception et optimisation de la fabrication

Un bruit d'eau gargouillant, bouillonnant ou s'écoulant derrière le tableau de bord est un problème courant dans les systèmes de chauffage automobiles. Le bruit devient souvent plus perceptible lorsque le véhicule passe du ralenti à l'accélération.

Dans la plupart des cas, la cause principale est l'air piégé à l'intérieur du radiateur de chauffage. L'air et le liquide de refroidissement forment un écoulement diphasique, et les bulles résultantes peuvent impacter les parois internes et générer du bruit. D'autres causes incluent une vitesse excessive du liquide de refroidissement, une mauvaise conception du vase d'expansion, une distribution inégale du débit et un purge insuffisante du système.

Résoudre le problème efficacement nécessite plus qu'une simple purge du système de refroidissement. La conception du radiateur de chauffage, le routage du liquide de refroidissement, la qualité de fabrication, l'assemblage et les stratégies de contrôle du véhicule doivent tous être pris en compte.

1. Optimiser la conception du radiateur de chauffage

Conception du vase d'expansion

Le vase d'expansion affecte directement la distribution du liquide de refroidissement et l'accumulation d'air. Plusieurs améliorations de conception peuvent aider à réduire la turbulence et l'air piégé :

• Ajouter des structures de guidage et d'amortissement du flux autour de l'entrée pour empêcher le liquide de refroidissement à haute vitesse d'impacter directement la paroi du réservoir. Les chanfreins et les nervures de guidage peuvent réduire l'impact du jet et la turbulence locale.
• Ajouter une poche ou une rainure de collecte d'air au point le plus haut du vase d'expansion, permettant à l'air piégé de se déplacer vers la sortie.
• Éviter les marches internes et les coins vifs. Utiliser des transitions arrondies pour réduire les zones de vortex à basse pression où des bulles peuvent se former.
• Positionner la sortie au point géométriquement le plus haut chaque fois que possible. Éviter de placer l'entrée et la sortie dans la partie inférieure du noyau, ce qui peut laisser de l'air piégé dans la section supérieure.

Optimisation du flux des tubes plats

Une vitesse de flux locale excessive peut créer une pression négative et favoriser la formation de bulles. Une plage de vitesse recommandée pour le liquide de refroidissement dans les tubes plats est de 0,6 à 1,2 m/s, avec une simulation CFD utilisée pour vérifier la distribution du flux.

Les restrictions soudaines aux entrées des tubes doivent également être minimisées. Les entrées chanfreinées peuvent réduire les pertes de pression locales, tandis qu'un flux équilibré entre les tubes aide à prévenir les zones mortes à faible débit où l'air peut s'accumuler.

Qualité de brasage et propreté

La qualité de fabrication peut influencer directement le comportement du flux interne.

Un excès de buildup de brasage aux joints du collecteur-tube peut perturber le flux du liquide de refroidissement et créer des vortex locaux. Le cordon de brasage doit rester uniforme et correctement contrôlé.

La propreté interne est tout aussi importante. Les copeaux d'aluminium et les résidus de flux de brasage peuvent devenir des sites de nucléation pour les bulles. Un nettoyage approprié et un rinçage à l'air post-production peuvent aider à réduire ce risque.

2. Optimiser le système de routage du liquide de refroidissement

Le radiateur de chauffage est souvent situé à un point haut local dans le circuit de refroidissement, le routage des tuyaux est donc essentiel.

Prévenir les pièges à air

Le tuyau de sortie du radiateur de chauffage vers le vase d'expansion doit monter continuellement chaque fois que possible. Les sections basses en forme de U doivent être évitées, car elles peuvent retenir l'air qui retourne ensuite au radiateur de chauffage.

Ajouter une ligne de retour d'air

Une solution efficace consiste à connecter une petite ligne de retour d'air depuis le point le plus haut du vase d'expansion du radiateur de chauffage vers le vase d'expansion.

Cela fournit un chemin direct pour que l'air accumulé s'échappe. Des structures similaires sont largement utilisées dans les systèmes de chauffage d'eau des véhicules à énergie nouvelle.

Le diamètre interne recommandé de la ligne de retour d'air est de 2 à 4 mm. Il ne doit pas être surdimensionné car un flux excessif de liquide de refroidissement à travers le circuit de retour peut se produire.

Optimiser les tuyaux et les vannes de chauffage

Le diamètre intérieur du tuyau doit correspondre aux connexions du radiateur de chauffage. Les changements de diamètre soudains et les coudes serrés peuvent créer des restrictions et de la turbulence.

La vanne de chauffage est de préférence positionnée sur le côté sortie plutôt que sur le côté entrée. Restreindre l'entrée peut créer une chute de pression qui favorise la formation de bulles et augmente le bruit du flux d'eau.

3. Améliorer le remplissage et l'assemblage du liquide de refroidissement

Même un radiateur de chauffage bien conçu peut générer du bruit si un excès d'air est introduit lors de l'assemblage du véhicule.

Un système de remplissage de liquide de refroidissement sous vide doit être utilisé au lieu d'un simple remplissage par gravité. Le système de refroidissement doit être suffisamment évacué avant l'ajout de liquide de refroidissement.

Après le remplissage, le processus de purge peut inclure :

1. Régler le chauffage à température maximale.
2. Faire varier le régime moteur entre le ralenti et une vitesse plus élevée.
3. Laisser le ventilateur de refroidissement électronique démarrer et s'arrêter au moins deux fois.
4. Soulever légèrement l'avant du véhicule pour aider l'air à se déplacer vers le vase d'expansion.

Lors de l'assemblage des tuyaux, éviter le pincement local, la flexion excessive ou les sections en forme de sac qui peuvent créer des poches d'air.

4. Optimiser les stratégies de contrôle du véhicule

Le contrôle de la pompe à eau peut également influencer le bruit du radiateur de chauffage.

Lors du démarrage à froid, un flux de liquide de refroidissement élevé immédiat peut perturber l'air piégé et générer un bruit de gargouillis. Le flux du circuit de chauffage peut donc être temporairement réduit pendant la phase initiale.

Pour les véhicules conventionnels, l'ouverture du thermostat peut augmenter soudainement le flux de liquide de refroidissement à travers le circuit de chauffage. Une stratégie d'augmentation progressive du débit peut réduire cette perturbation.

Pour les systèmes de pompe à chaleur et de chauffage d'eau à énergie nouvelle, éviter les opérations fréquentes de démarrage/arrêt de la pompe et les changements de vitesse brusques. Une stratégie de rampe de vitesse de pompe peut réduire les perturbations de l'air piégé.

5. Stratégie de développement et de dépannage

Pour le développement de nouveaux radiateurs de chauffage, l'approche préférée est d'identifier les problèmes potentiels avant la production de masse.

La simulation d'écoulement diphasique par CFD peut être utilisée pour identifier les zones d'accumulation d'air et optimiser le vase d'expansion, les positions d'entrée/sortie et la ligne de retour d'air.

Les tests sur banc NVH peuvent ensuite simuler les conditions de flux et de pression du véhicule pour évaluer le bruit du flux d'eau et établir un seuil de bruit approprié.

Pour les pièces produites en série qui autorisent des modifications matérielles mineures, l'ajout d'une ligne de retour d'air en point haut, la modification de l'angle d'entrée/sortie ou l'amélioration de la structure de guidage du flux du vase d'expansion peuvent être efficaces.

Lorsque les modifications matérielles ne sont pas réalisables, concentrez-vous sur le remplissage sous vide, les procédures de purge et le contrôle de la rampe de vitesse de la pompe.

6. Liste de contrôle de diagnostic après-vente

Lors de l'investigation du bruit du flux d'eau du radiateur de chauffage, vérifiez :

• Niveau de liquide de refroidissement : Un faible niveau de liquide de refroidissement peut permettre à l'air d'entrer dans le système.
• Vase d'expansion : Des bulles importantes continues peuvent indiquer une micro-fuite ou une entrée d'air continue.
• Vanne de chauffage : Vérifiez si la vanne restreint le côté entrée.
• Tuyaux de liquide de refroidissement : Recherchez des sections en forme de U ou d'autres zones de piégeage d'air.
• Radiateur de chauffage : Testez le noyau séparément sur un banc de circulation externe pour déterminer si le bruit provient du noyau ou du système de refroidissement du véhicule.

Idées fausses courantes

Augmenter le flux de liquide de refroidissement ne résout pas nécessairement le problème. Une vitesse excessive peut augmenter la turbulence, le bruit lié à la cavitation et le bruit du flux d'eau.

La seule purge du véhicule peut ne pas fournir une solution permanente. Si le radiateur de chauffage ou le routage du liquide de refroidissement a une mauvaise gestion de l'air en point haut, l'air peut revenir après des vibrations et des cycles répétés de chauffage et de refroidissement.

Il est également irréaliste de s'attendre à ce qu'un radiateur de chauffage ne contienne absolument aucune bulle d'air. L'objectif de conception est de s'assurer que les bulles ne restent pas piégées pendant de longues périodes et puissent être continuellement emportées par le flux de liquide de refroidissement.

La qualité de fabrication compte

Le bruit du flux d'eau du radiateur de chauffage n'est pas seulement un problème d'étalonnage du véhicule. La conception du passage de flux, la formation des ailettes, l'assemblage du noyau, la qualité du brasage, la propreté interne et le test d'étanchéité contribuent tous à des performances de produit cohérentes.

Pour les fabricants développant ou améliorant la production de radiateurs de chauffage et d'échangeurs de chaleur, SUNHOPE fournit des équipements couvrant la formation des ailettes, l'assemblage du noyau, le brasage de l'aluminium, le test d'étanchéité et les processus de fabrication connexes de radiateurs et d'échangeurs de chaleur.

Une formation cohérente, un assemblage précis du noyau, un brasage contrôlé et un test d'étanchéité fiable fournissent une base plus solide pour des performances stables des échangeurs de chaleur et une production de masse fiable.

FAQ

Pourquoi un radiateur de chauffage fait-il un bruit de gargouillis ?

La cause la plus fréquente est l'air piégé à l'intérieur du radiateur de chauffage ou du circuit de liquide de refroidissement. Une vitesse excessive du liquide de refroidissement, un mauvais routage des tuyaux et une purge insuffisante peuvent également y contribuer.

Quelle est la vitesse recommandée du liquide de refroidissement dans les tubes plats ?

La plage recommandée est de 0,6 à 1,2 m/s, avec une simulation CFD utilisée pour vérifier la distribution du flux et l'accumulation potentielle d'air.

Comment l'air piégé peut-il être retiré d'un radiateur de chauffage ?

Une ligne de retour d'air en point haut connectée au vase d'expansion peut fournir un chemin direct pour que l'air accumulé s'échappe. Le diamètre interne recommandé est de 2 à 4 mm.

La qualité de fabrication peut-elle affecter le bruit du flux d'eau du radiateur de chauffage ?

Oui. Un buildup de brasage inégal, une contamination interne, une géométrie de passage de flux médiocre et un assemblage de noyau incohérent peuvent affecter le flux du liquide de refroidissement et contribuer à la turbulence ou à la rétention d'air.