FR2793842A1

FR2793842A1 - Dispositif electronique de regulation du refroidissement d'un moteur thermique de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2793842A1
Application number: FR9906224A
Authority: FR
Inventors: Denis Perset
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: FR2793842B1

Abstract

Un dispositif de refroidissement d'un moteur thermique (4) de véhicule automobile comprend un circuit de refroidissement (1) de fluide, couplé à une pompe à fluide (5) à débit variable, pour refroidir le moteur (4). Il comporte en outre des moyens (11) de mesure du régime et de la charge du moteur (5) et des moyens de commande (10) pour calculer un débit optimal pour la pompe (5) en fonction du régime et de la charge mesurés et délivrer à la pompe un signal d'une valeur représentative du débit optimal calculé, pour qu'elle fonctionne selon ce débit.

Description

Dispositif électronique de régulation du refroidissement d'un moteur thermigue de véhicule automobile L'invention concerne les moteurs thermiques des véhicules automobiles, et plus particulièrement le dispositif de refroidissement de ces moteurs.

Dans les véhicules actuels,à moteur thermique, le dispositif de refroidissement comprend un circuit de refroidissement qui est coupléà une pompeà f luide à débit variable et qui traverse la culasse du moteur thermique.

La pompeà f luide est entraînée defaçon mécanique par le vilebrequin du moteur. Le débit de la pompe dépend donc directement du régime du moteur. Il en résulte que l'énergie qui est prélevée par la pompe sur l'arbre moteur n'est pas optimisée. En fait, cette énergie est généralement très supérieure aux besoins. Dans de tels cas, d'une part, on consomme inutilement de l'énergie du moteur, d'où une sur consommation de carburant, et d'autre part, on sur-refroidit le moteur, et notamment l'huile de son circuit d'huile, d'où une augmentation des frottements et par conséquent une baisse du rendement du moteur.

La présente invention a pour but de remédierà l'inconvénient précité.

L'invention proposeà cet effet un dispositif du type décrit ci-avant, dans lequel, d'une part, la pompe fait varier le débit du fluideà injecter dans le moteur en fonction de la valeur d'un signal, et d'autre part, on prévoit des moyens de commande (tel qu'un microprocesseur ou un ASIC) capables de calculer un débit optimal pour la pompe, juste nécessaire au moteur pour se refroidir, en fonction du régime et de la charge, en cours, du moteur, reçus de moyens de mesure, puis de délivrerà cette pompe un signal d'une valeur représenta tive du débit optimal calculé. Le débit calculé par les moyens de commande est ainsi le débit minimal dont a besoin le moteur pour se refroidirà l'instant du calcul, c'est-à-dire compte tenu de son point de fonctionnement en cours (régime et charge). On peut ainsi réguler de façon optimisée le débit de la pompe, et par conséquent le refroidissement du moteur, de sorte que le rendement du moteur soit maximal et que sa consommation soit minimale.

Le dispositif selon l'invention pourra comprendre d'autres caractéristiques complémentaires pouvant être prises séparé ment ou en combinaison, et notamment - le signal adressé par les moyens de commandeà la pompe est de préférence un signal électrique choisi parmi une tension et un courant; mais, bien entendu, il pourrait s'agir d'un signal optique ou de données contenues dans une onde radio; - dans les véhicules comportant des moyens pour mesurer la température du fluide de refroidissement en un endroit choisi du circuit de refroidissement, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une première correction du débit optimal en fonction de la température du fluide mesurée; cette première correction pouvant être calculée en fonction, en outre, de la charge du moteur reçu (mesurée); - lorsque le circuit de refroidissement alimente en sortie du moteur une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule,à paramètres aérothermiques réglables, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une seconde correction du débit optimal en fonction des paramètres aérothermiques de l'ins tallation; cette seconde correction pouvant n'être prise en compte que si certaines conditions sont réunies, par exemple lorsque la température du fluide mesurée est supérieureà un seuil choisi; - lorsque le moteur est coupléà au moins un système thermi que additionnelà paramètres thermiques variables, en particulier choisi parmi un circuità circulation d'huile et un alternateur, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une troisième correction du débit optimal en fonction des paramètres thermiques du système thermique, par exemple la température de l'huile moteur; - les moyens de commande pourront être agencés pour qu'en cas d'arrêt du moteur, ils puissent déterminer, d'une part, un débit optimal d'arrêt en fonction de la dernière valeur du débit optimal et/ou de l'une au moins des températures choisies parmi la température de fluide mesurée, la tempéra ture du système thermique, et une température d'air mesurée à l'extérieur de l'habitacle, et d'autre part, une durée de fonctionnement de la pompe avec ce débit optimal d'arrêt; - les moyens de commande pourront comprendre des moyens de filtrage capables de comparer le débit optimalà un débit seuil afin que le signal délivréà la pompe possède une valeur représentative de ce débit seuil, lorsque le débit optimal est supérieur au débit seuil.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - La figure1 est un schéma illustrant un moteur thermique coupléà une installation de chauffage d'un habitacle de véhicule ainsi qu'à un dispositif de refroidissement selon l'invention; et - la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant les moyens de commande d'un dispositif selon invention.

Dans la description qui suit, faiteà titre d'exemple, il est question d'un véhicule automobile comportant un habitacle, dont l'aérothermie est gérée par une installation de chauffa ge, et un moteur thermique refroidi par un circuit de refroidissement de fluide.

on se réfère tout d'abordà la figure1 pour décrire un dispositif de refroidissement selon l'invention.

La description qui va suivre se fait en relation avec un moteur chaud. Un tel dispositif de refroidissement comprend tout d'abord un circuit de refroidissement1 comportant des conduits 2 dans lesquels circule un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau glycolée, et qui alimentent un radiateur de refroidis sement3 balayé par un flux d'air résultant soit du déplace ment du véhicule, soit du fonctionnement d'un groupe moto- ventilateur GMV. Une partie du circuit de refroidissement1 pénètre dans la culasse du moteur thermique 4 du véhicule pour permettre son refroidissement.

Le circuit1 comporte, par ailleurs, une pompeà fluide5 dont le débit peut être varié de manièreà permettre la gestion du débit du fluide de refroidissement injecté dans la culasse du moteur 4.

Le circuit de refroidissement1 comporte également, de préférence, un thermostat piloté9.

Enfin, dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, le circuit de refroidissement1 est coupléà l'installa tion de chauffage6 de l'habitacle. Cette installation de chauffage6 comporte, notamment, un radiateur de chauffage7 alimenté en fluide par des conduits montés en dérivation sur le circuit de refroidissement1.

Le débit de la pompeà fluide5 est géréà l'aide d'un signal fourni par un module de commande10 qui peut être réalisé, par exemple, sous la forme d'un microprocesseur, ou d'un ASIC. Il s'agit en fait d'un calculateur qui en fonction de paramètres qui vont être précisés ci-après détermine la valeur du débit minimal (appelé débit optimal) juste néces saire au moteur pour se refroidir en regard de son point de fonctionnement en cours.

on entend ici par point de fonctionnement du moteur, d'une part son régime (représenté par la variable Nmot) et, d'autre part, sa charge (représentée par la variable Cmot). Pour qu'un moteur fonctionne selon son rendement maximal, il doit êtreà une température fonction de son point de fonc tionnement, et par conséquent de son régime et de sa charge. Si la température est trop basse, la température du circuit d'huile qui alimente le moteur n'est pas optimale, si bien que la fluidité de l'huile ne permet pas au moteur de fonc tionnerà plein rendement. De plus, cela contribueà user plus rapidement les pièces du moteur. De plus, si le moteur ne travaille pasà plein rendement, il fait une surconsomma tion de carburant.

on se réfère maintenantà la figure 2 pour décrire un mode de réalisation préférentielle d'un module de commande10 selon l'invention.

Dans son mode de réalisation le plus fondamental (qui ne correspond qu'à la partie supérieure de la figure 2), le module de commande10, selon l'invention, reçoit d'un premier module de mesure11 deux valeurs représentatives de la charge du moteur Cmot et de son régime Nmot, en cours.

Le module de commande10 comprend de premiers moyens de calcul13 agencés pour calculer le débit optimal de la pompe 5 qui va suffire au refroidissement du moteur 4.

Pour ce faire, les moyens de calcul13 peuvent être agencés de manièreà calculer la valeur d'une fonction représentative du débit optimal de la pompe et dont les variables sont le régime et la charge du moteur. Dans une variante, les moyens de calcul13 peuvent comporter une table de correspondance dans laquelle se trouve mémorisée une multiplicité de couples de valeurs de régime et de charge moteur en correspondance de valeurs du débit optimal de la pompe5. De la sorte, lorsque le module de commande10 reçoit les valeurs en cours de la charge et du régime moteur, il n'a plus qu'à rechercher dans la table de correspondance le couple qui présente sensible ment ces mêmes valeurs et en déduire instantanément la valeur du débit optimal associé. De préférence, ce débit optimal (dit "primaire"), calculé par les premiers moyens de calcul13, correspond au maintien d'une différence de température de OOC à environ 100C dans le circuit de refroidissement1 entre la sortie et l'entrée du moteur 4.

Une fois le débit optimal calculé, le module de commande10 adresseà la pompe5 un signalS dont la valeur est représen tative du débit optimal qu'elle doit fournir.

Dans le mode illustré sur la figure1, le module de commande 10 est reliéà la pompe5 par un câble électrique 12. Il en résulte que le signalS qui est transmisà la pompe5 est un signal électrique, par exemple une tension ou un courant. Bien entendu, au lieu d'un câble électrique, on pourrait prévoir une fibre optique (dans ce cas le signal transmis est un signal lumineux dont l'intensité est représentative du débit optimal, par exemple). D'autres modes de transmission du signalS peuvent être envisagés, comme une émission radio, ou plus généralement l'émission par voie d'onde de tout mes sage comportant une donnée représentative du débit optimal. Comme cela est illustré sur la figure 2, le module de commande10 peut être notablement plus évolué que celui qui vient d'être décrit précédemment, et qui ne prenait en compte que le régime et la charge du moteur pour calculer le débit optimal de la pompe5.

Tout d'abord, le module de commande10 peut être agencé de manièreà calculer une première correction du débit optimal (dit "primaire") calculé par les premiers moyens de calcul 13. En effet, dans certaines conditions d'utilisation, comme par exemple en cas de démarrages et d'arrêts fréquents, notamment dans un embouteillage, le débit optimal primaire qui est calculé par les premiers moyens de calcul13 peut ne pas être suffisant pour assurer un bon échange thermique au niveau du radiateur3 du circuit de refroidissement1, y compris lorsque le thermostat piloté9 est totalement ouvert. Dans ce cas, il est nécessaire d'augmenter le débit de la pompe5.

Cette correction (appelée "première correction,,) peut être effectuée en prenant en compte la valeur de la température du fluide (Teau) qui circule dans le circuit de refroidissement 1. Une telle température Teau est généralement déterminée par un capteur de température 14 placé en un endroit choisi, et approprié, du circuit de refroidissement1.

Le module de commande10 comprend de seconds moyens de calcul 15 capables de déterminer la première correction du débit optimal primaire. Cette première correction est sommée au débit optimal primaireà l'aide d'un premier opérateur de sommation16.

Dans une variante (comme illustré sur la figure 2), la première correction du débit optimal s'effectue, non seule ment en fonction de la température du fluide Teau, mais également de la charge moteur Cmot. Dans ce cas, les seconds moyens de calcul15 sont agencés pour déterminer la première correctionà apporter au débit optimal primaire en fonction des valeurs de la température du fluide Teau et de la charge du moteur Cmot. La Demanderesse s'est en effet aperçue qu'à faible charge la correction ne devait intervenir qu'à partir d'une température de fluide d'environ 1150C, tandis qu'à forte charge cette correction ne devait intervenir qu'à partir d'environ 950C.

De préférence, la première correction du débit optimal primaire est calculée comme indiqué ci-après.

Si la charge du moteur Cmot est inférieureà une charge seuil Cs (qui délimite les faibles charges des fortes charges), alors la première correction est donnée par la formule Cl = A*(Teau - Tliml)*Nmax oùA est un paramètre de calibration, Nmax est la valeur maximale du débit que peut supporter la pompe5 et Tliml est la température limite du fluide de refroidissement associée aux faibles charges du moteur, par exemple 1150C.

Si en revanche la charge du moteur Cmot est supérieureà la charge seuil Cs, alors la première correction est donnée par la formule: C2 = B*(Teau - Tlim2)*Nmax où B est un paramètre de calibration, Nmax est la valeur maximale du débit supporté par la pompe5 et Tlim2 est la température limite du fluide de refroidissement associée aux fortes charges du moteur, par exemple950C.

Par ailleurs, comme cela est illustré sur la figure 2, il est avantageux que le dispositif de refroidissement selon l'invention puisse prendre en compte d'autres paramètres qui modifient le débit de la pompe5.

Un premier paramètre qui modifie ce débit est l'état de fonctionnement de l'installation de chauffage6 de l'habita cle du véhicule. On entend ici par état de fonctionnement, les réglages du boîtier de commande de l'installation de chauffage, ou en d'autres termes les paramètres aérothermi- ques.

Dans ce cas (comme illustré sur la figure 2), on prévoit des troisièmes moyens de calcul17 destinésà déterminer une seconde correction du débit optimal en fonction de l'état de fonctionnement de l'installation de chauffage6.

A titre d'exemple non limitatif, la seconde correction peut être de type binaire. En cas d'une demande de chauffage, quelle qu'elle soit, on impose une seconde correction d'une valeur prédéterminée, tandis qu'en cas de non sollicitation de l'installation de chauffage6 la seconde correction est nulle. La seconde correction délivrée par les troisièmes moyens de calcul17 est additionnéeà l'aide d'un second opérateur de sommation18 au débit optimal primaire fourni par les premiers moyens de calcul13, ainsi qu' éventuellementà la première correction fournie par les seconds moyens de calcul 15.

Bien entendu, on pourrait ne prévoir qu'un unique opérateur de sommationà entrées multiples pour combiner les fonctions des opérateurs16 et18. C'est ce qui est représenté en tirets sur la figure 2.

De préférence, la seconde correction du débit optimal primaire, qui est calculée par les troisièmes moyens de calcul17, n'est prise en compte au niveau des opérateurs de sommation16 et/ou 18 que si la température du fluide Teau est supérieureà une température seuil prédéterminée.

Dans une variante encore plus élaborée (comme illustré sur la figure 2), le dispositif de refroidissement selon l'inven tion, et plus particulièrement le module de commande10, peut être agencé de manièreà prendre en compte d'autres paramè tres qui influent sur le débit de la pompeà fluide5. Ainsi, on peut prendre en compte des "systèmes thermiques" tels que le circuit d'huile du moteur, le circuit d'huile de la boite de vitesses automatique, ou encore le circuit de refroidisse ment de l'alternateur ou du démarreur. Ces systèmes thermi ques fournissent en effet des paramètres thermiques, comme par exemple la température d'huile, qui peuvent être pris en compte par des quatrièmes moyens de calcul19 pour calculer une troisième correction du débit optimal primaire en fonction du ou desdits paramètres thermiques qu'ils reçoi vent.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le second opérateur 18 effectue la sommation du débit optimal primaire (avec sa première correction), de la seconde correction et de la troisième correction. Etant donné que la (ou les) correction(s) apportée(s) au débit optimal primaire déterminé par les premiers moyens de calcul13 peut (peuvent) aboutirà un débit optimal supérieur au débit maximal que peut supporter la pompe5, on prévoit, de préférence, en sortie des opérateurs16 et18, un module de filtrage 20.

Un tel module de filtrage 20 peut être par exemple un comparateurà seuil ou un écrêteur. Dans le cas d'un compara- teur, celui-ci est agencé pour comparer la valeur du débit optimal qui est délivré en sortie du second opérateur18 à une valeur de débit seuil correspondant au débit maximal de la pompe5. Si le débit optimal délivré par l'opérateur18 est supérieur au seuil, alors le signalS qui est adresséà la pompeà fluide5 présente une valeur égale au débit maximal de la pompe. En revanche, si ce débit optimal est inférieur au débit seuil alors la valeur du signalS adressé à la pompe est représentatif dudit débit optimal calculé par les différents moyens de calcul13, 15, 17, 19.

Dans ce qui précède il a été décrit différents modes de fonctionnement du dispositif de refroidissement selon l'invention, lorsque le moteur est en fonctionnement. Cependant, le dispositif de refroidissement est également agencé pour permettre le fonctionnement de la pompe5 lorsque le moteur est arrêté, de manièreà permettre un "post-refroi- dissement" du moteur.

Lorsque le moteur est arrêté, son régime Nmot et sa charge Cmot sont tous les deux nuls. Cette information n'est plus fournie par les moyens de mesure11 du véhicule étant donné que le contact est coupé. En conséquence, et de préférence, le module de commande10 est relié au contacteur de manière à connaître son état de fonctionnement (ouvert ou fermé). En fait il reçoit du contacteur une information 21.

Le module de commande10 est, dans ce mode de réalisation, agencé pour déterminer un débit optimal de fonctionnement de la pompe5, ainsi qu'une durée de fonctionnement, qui vont permettre un bon refroidissement du moteur 4.

Plusieurs variantes peuvent être envisagées. Dans une première variante, le débit optimal qui est adressé par le module de commande10 à la pompe5, sous la forme du signal S, est déterminé en fonction des dernières valeurs du régime Nmot et de la charge Cmot du moteur. Pour ce faire, on peut prévoir des moyens de mémorisation couplés aux premiers moyens de calcul13, par exemple.

Dans une seconde variante, le débit optimal calculé par le module de commande10 prend en compteà la fois le régime et la charge du moteur, mais également la dernière valeur de la température du fluide Teau. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des moyens de mémorisation en sortie du premier opérateur16 de manièreà pouvoir stocker après chaque calcul de débit optimal la valeur du débit optimal primaire fournie par les premiers moyens de calcul13, corrigée éventuellement de la première correction déterminée par les seconds moyens de calcul15.

Dans une seconde variante, on pourra prendre en compte la valeur de la température de l'airà l'extérieur de l'habita cle. Dans ce cas, le module de commande10 est couplé au capteur de température externe que comprend généralement l'installation de chauffage6.

Bien entendu, il est possible de prendre en compteà la fois le dernier débit optimal primaire, la dernière correction dépendant de la température du fluide et la température de l'air extérieur pour déterminer le débit optimal en cas d'arrêt du moteur.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle s'étendà toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, on a décrit un dispositif de refroidissement coupléà une installation de chauffage, mais ce dispositif pourrait être coupléà une installation de climatisation.

Par ailleurs, le dispositif pourrait être indépendant de l'installation de chauffage, par exemple lorsque l'installa tion de chauffage est électrique.

Claims

Revendications 1. Dispositif perfectionné de refroidissement d'un moteur thermique (4) de véhicule automobile, du type comprenant un circuit de refroidissement de fluide(1), coupléà une pompe à f luide (5) à débit variable, pour refroidir un moteur thermique dont le fonctionnement est définià chaque instant par un régime et une charge en cours, caractérisé en ce que ladite pompe(5) est agencée pour modifier le débit du fluide injecté dans ledit moteur (4) en fonction de la valeur d'un signal(S), et en ce qu'il comporte des moyens de commande(10) propresà recevoir, par des moyens de mesure, le régime et la charge en cours du moteur et agencés pour calculer un débit optimal pour ladite pompe(5), juste nécessaire au moteur pour se refroidir, en fonction dudit régime et de ladite charge reçus et délivrer à ladite pompe(5) un signal d'une valeur représentative dudit débit optimal calculé. 2. Dispositif selon la revendication1, caractérisé en ce que ledit signal (S) est un signal électrique choisi parmi une tension et un courant. 3. Dispositif selon l'une des revendications1 et 2, dans lequel ledit circuit(1) comporte des moyens (14) propresà mesurer la température du fluide de refroidissement en un endroit choisi dudit circuit, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés pour calculer une première correction dudit débit optimal en fonction de ladite température du fluide mesurée. 4. Dispositif selon la revendication3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés pour calculer ladite première correction en fonction, en outre, de ladite charge du moteur reçue. 5. Dispositif selon l'une des revendications1 à 4, dans lequel ledit circuit de refroidissement(1) alimente en sortie dudit moteur (4) une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation(6) de l'habitacle dudit véhicule,à paramètres aérothermiques réglables, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés pour calculer une seconde correction dudit débit optimal en fonction desdits paramètres aérothermiques de ladite instal lation(6). 6. Dispositif selon la revendication5 prise en combinai son avec l'une des revendications3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés pour calculer ladite seconde correction dudit débit optimal lorsque ladite température de fluide mesurée est supérieure à un seuil choisi. 7. Dispositif selon l'une des revendications1 à 6, dans lequel ledit moteur(5) est coupléà au moins un système thermique additionnelà paramètres thermiques variables, en particulier un circuità circulation d'huile, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés pour calculer une troisième correction dudit débit optimal en fonction desdits paramètres thermiques dudit système thermi que. 8. Dispositif selon l'une des revendications3 à 7, carac térisé en ce que lesdits moyens de commande(10) sont agencés, en cas d'arrêt dudit moteur (4), associéà des régime et charge dudit moteur nuls, pour déterminer, d'une part, un débit optimal d'arrêt en fonction de la dernière valeur dudit débit optimal et/ou de l'une au moins desdites températures choisies parmi la température de fluide mesurée, la température dudit système thermique, et une température d'air mesuréeà l'extérieur dudit habitacle, et d'autre part, une durée de fonctionnement de ladite pompe(5) selon ce débit optimal d'arrêt, de sorte que ladite pompe(5) fonc tionne selon ce débit optimal d'arrêt pendant ladite durée. 9. Dispositif selon l'une des revendications1 à 8, carac térisé en ce que lesdits moyens de commande(10) comprennent des moyens de filtrage (20) propresà comparer ledit débit optimalà un débit seuil età contraindre lesdits moyens de commandeà délivrerà ladite pompe(5) un signal(S) d,une valeur représentative dudit débit seuil lorsque ledit débit optimal est supérieur audit débit seuil.