WO2021239760A1 - Dispositif de detente et un procede de controle du dispositif de detente - Google Patents

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WO2021239760A1
WO2021239760A1 PCT/EP2021/063956 EP2021063956W WO2021239760A1 WO 2021239760 A1 WO2021239760 A1 WO 2021239760A1 EP 2021063956 W EP2021063956 W EP 2021063956W WO 2021239760 A1 WO2021239760 A1 WO 2021239760A1
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WO
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shutter
expansion device
electric motor
control unit
refrigerant fluid
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PCT/EP2021/063956
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Rody El Chammas
Jinming Liu
Wissem NOUAINIA
Muriel Porto
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to the field of expansion devices integrated in thermal conditioning systems for motor vehicles.
  • Such systems allow, for example, thermal regulation of various components of the vehicle, such as the passenger compartment or even an electric energy storage battery, in the case of an electric propulsion vehicle.
  • the heat exchanges are managed mainly by the compression and the expansion of a refrigerant fluid within several heat exchangers arranged along a closed circuit.
  • At least one expansion valve is used, and makes it possible to control, that is to say to manage, the expansion of the refrigerant fluid upstream of a heat exchanger.
  • An “electronic” expansion valve comprises a refrigerant fluid circulation duct, and a movable shutter which allows the section of passage of the refrigerant fluid in the duct to be modified.
  • the position of the movable shutter therefore makes it possible to adjust the level of expansion undergone by the refrigerant fluid.
  • the movable shutter is driven by an electric motor, generally a stepper type motor.
  • the electric drive motor is controlled by an electronic module generally forming part of the valve.
  • the valve receives from a control unit of the thermal conditioning system setpoints for the position of the mobile shutter, and controls the electric motor so that the actual position of the shutter is equal to its setpoint position.
  • such an expansion valve does not include a movable shutter position sensor.
  • the position of the shutter at a given instant is determined in a relative manner, from an initialization position serving as a reference, and from the displacement instructions received between the instant of initialization of the valve. and the instant considered.
  • the position serving as a reference is the position in which the movable shutter is in abutment against a seat formed in the duct, that is to say a position corresponding to the minimum flow of refrigerant fluid.
  • the amplitude of the requested displacement corresponds to the maximum possible displacement amplitude of the shutter, in order to guarantee that the stop position is reached whatever the position in which the shutter mobile stopped the last time the system was powered off.
  • the amplitude of the requested displacement is even slightly greater than the maximum possible displacement amplitude, in order to have a safety margin taking into account in particular the dispersions in the mechanical characteristics of the various elements of the valve.
  • the aim of the present invention is to provide a control method making it possible to reduce the time during which the valve is controlled with its motor blocked, without adding a position sensor type component.
  • the aim of the invention is also an expansion device making it possible to implement the method.
  • the invention provides a method of controlling an expansion device for refrigerant fluid, the expansion device comprising:
  • a movable shutter configured to vary a section of passage of the refrigerant fluid in the duct
  • an electronic module configured to receive a position instruction from the shutter and to control the electric motor so that the shutter reaches the position instruction, the shutter being movable between a minimum open position in which the refrigerant passage section is minimum and a maximum open position in which the refrigerant flow section is maximum, the difference between the maximum open position and the minimum open position defining a maximum stroke of l shutter, the control method comprising the steps:
  • the displacement setpoint being equal to the sum of the stored value of the stop position and a safety factor, the safety factor being between 1% of the maximum shutter stroke and 15% of the maximum shutter stroke,
  • the shutter displacement setpoint is a displacement amplitude.
  • the displacement instruction is a relative displacement instruction. It may not be performed if the shutter has already reached the minimum open position.
  • the shutter stop position is the position the shutter is in when the trigger is turned off.
  • the safety factor is a predetermined value. Its value is between 1% of the maximum shutter stroke and 15% of the maximum shutter stroke.
  • the electric motor is a stepping motor.
  • the safety factor is between 2% of the maximum shutter stroke and 10% of the maximum shutter stroke.
  • the safety factor is preferably equal to 5% of the maximum stroke of the shutter.
  • the added safety factor ensures that the mobile shutter achieves in all use cases the minimum open position, which will serve as a reference.
  • the safety factor is sufficiently low to limit the time during which the electric motor is operated when the shutter is blocked because it is already in the minimum open position.
  • the time during which the electric motor is controlled while the shutter is blocked is reduced in virtually all use cases.
  • the movable shutter is generally in an intermediate position when the expansion device is switched off.
  • the stop can be attached to the body, for example by press fit.
  • the stopper can be machined in the body.
  • the flow of refrigerant fluid in the expansion member is zero when the shutter is in the minimum open position.
  • the minimum open position of the shutter is a closed position.
  • control process comprises! ’Step:
  • the stop position of the shutter is memorized by an electronic control unit external to the expansion device.
  • the electronic control unit is configured to control a thermal conditioning system for a motor vehicle.
  • the electronic control unit manages the operation of the thermal conditioning device in which the expansion device is integrated. The cooperation between the expansion device and the electronic control unit makes it possible to optimize the operation of the expansion device without adding any components.
  • the shutter stop position is stored in a permanent reprogrammable memory of the electronic control unit.
  • the stored information can be found even in the event of a power cut to the electronic control unit.
  • the shutter stop position is communicated to the electronic control unit by a digital communication protocol.
  • the expansion device comprises a sensor for detecting the blockage in rotation of a rotor of the electric motor
  • the control method comprises the steps:
  • the control method comprises the step:
  • control process also includes the step:
  • This case of premature triggering of the rotor blockage detection means that a problem is present, for example an obstacle present on the shutter stroke, such as a foreign object.
  • the invention also relates to an expansion device for refrigerant fluid, configured to implement the method according to the invention.
  • the trigger device also has the following characteristics:
  • the electric motor drives the movable shutter by a movement transform of the worm and pinion type.
  • the trigger device does not have a shutter position sensor.
  • the trigger device has no permanent memory.
  • the trigger has a temporary memory.
  • the invention also relates to a thermal conditioning system for a motor vehicle, comprising a closed refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising, depending on the direction of travel of the refrigerant fluid:
  • a first exchanger configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid and a first heat transfer fluid
  • the thermal conditioning system also comprising an electronic control unit configured to control the expansion device and the compression device so that the first heat transfer fluid or the second heat transfer fluid reaches a set temperature.
  • the electronic control unit comprises a permanent memory, the electronic control unit being configured for: when the expansion device is powered on, the stored value of the position shutter stop is sent by the electronic control unit to the electronic module of the trigger device, when the trigger device is switched off, the shutter stop position is memorized by the electronic unit control.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal conditioning system
  • FIG. 1 shows a schematic view of an expansion device 10 integrated into the thermal conditioning system of Figure 1,
  • FIG. 39 is a block diagram of the method according to the invention.
  • the various elements are not necessarily shown to scale.
  • identical elements bear the same references.
  • Certain elements or parameters can be indexed, that is to say designated for example by first element or second element, or even first parameter and second parameter, etc. The purpose of this indexing is to differentiate elements or parameters that are similar, but not identical. This indexing does not imply a priority of an element, or parameter compared to another and one can interchange the denominations.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of flow of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of flow of the fluid considered.
  • thermal conditioning system 40 for a motor vehicle comprising a closed circuit 20 of refrigerant fluid configured to circulate a refrigerant fluid, the refrigerant circuit comprising according to the direction of travel of the refrigerant fluid :
  • first exchanger 12 configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid and a first heat transfer fluid 100
  • the thermal conditioning system 40 also comprising an electronic control unit 7 configured to control the expansion device 10 and the compression device 11 so that the first coolant 100 or the second coolant 200 reaches a set temperature.
  • the first heat exchanger 12 is here configured to exchange heat with a flow of air outside a passenger compartment of the vehicle.
  • the first heat transfer fluid 100 is an outside air flow.
  • the term “external air flow” is understood to mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle.
  • the first heat exchanger 12 is used as a condenser of the refrigerant fluid on the example shown.
  • the first heat exchanger 12 is here arranged on the front face of the vehicle, and receives the air flow generated in particular by the advancement of the vehicle.
  • a motor-fan unit not shown, can be activated in order to increase, if necessary, the flow rate of the flow of outside air.
  • the second heat exchanger 13 is configured to exchange heat with a flow of air inside a vehicle cabin.
  • the second coolant 200 is a flow of air intended to be sent inside the interior of the vehicle, in order to provide thermal conditioning of the passenger compartment.
  • the thermal conditioning system 40 makes it possible in particular to regulate the temperature as well as the humidity level of the air present in the passenger compartment of the vehicle, in order to ensure the comfort of the passengers.
  • the second heat exchanger 13 is used as an evaporator in the example shown.
  • the second heat exchanger 13 is arranged in a heating, ventilation and air conditioning installation, often designated by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation is not shown in the figures.
  • Another motor-fan unit is placed in the heating, ventilation and air conditioning installation in order to increase the flow rate of the internal air flow if necessary.
  • a refrigerant fluid circulates in the circuit 20 of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant fluid used here is a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other coolants could be used, such as R134a.
  • the compression device 11 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 11 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called the inlet of the compression device, and a delivery side of the high-pressure refrigerant fluid, also called the outlet of the compression device.
  • the internal moving parts of the compressor change refrigerant from low pressure on the inlet side to high pressure on the outlet side. After expansion in one or more expansion members of the circuit, the refrigerant returns to the inlet of the compressor 11 and begins a new cycle.
  • the electronic control unit 7 is configured to control a thermal conditioning system 40 for a motor vehicle.
  • the electronic control unit 7 receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points of the circuit.
  • the electronic control unit 7 also receives the operating instructions requested by the occupants of the vehicle, such as for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic unit implements control laws allowing the control of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 40.
  • the dotted lines schematize the electrical connection between the electronic control unit 7, the device. compression 11 and the expansion device 10.
  • the various sensors present on the refrigerant circuit and the associated electrical connections have not been shown.
  • the expansion device 10 comprises:
  • a movable shutter 3 configured to vary a section of passage of the refrigerant fluid in the duct 2, - an electric motor 4 kinematically linked to the shutter 3,
  • the electric motor 4 is a stepping motor.
  • the electric motor 4 drives the movable shutter 3, for example by a movement transform 16 of the worm and pinion type.
  • the maximum stroke of the movable shutter 3 corresponds for example to 400 steps of movement of the electric motor 4.
  • 10% of the maximum travel of the movable shutter 3 then corresponds to 40 displacement steps.
  • 10% of the maximum stroke of the movable shutter 3 then corresponds to 500 steps of movement.
  • the shutter 3 When the shutter 3 is in the minimum opening position A_min, the shutter 3 is in contact with a stop 6 of the body 1.
  • the stop 6 In the example shown, the stop 6 is machined in the body 1.
  • the stop 6 can be attached to the body 1, for example by force fitting.
  • the flow of refrigerant fluid in the expansion member 10 is zero when the shutter 3 is in the minimum opening position A_min. Indeed, the movable shutter 3 rests on the stopper and completely closes the fluid circulation duct. In other words, the minimum open position A_min of shutter 3 is a closed position.
  • zero flow is meant that the flow through the expansion device 10 is zero except for leaks, the leaks being negligible compared to the flow of refrigerant in nominal operation.
  • the refrigerant enters the circulation duct through inlet 14, undergoes variable expansion depending on the position of the movable shutter 3 and exits through outlet 15.
  • the trigger device 10 does not have a shutter position sensor 3.
  • the position of the movable shutter 3 cannot be determined directly, that is to say by a sensor. position of the shutter itself or of a mechanical part linked to the shutter.
  • the position of the movable shutter 3 is determined indirectly, from the number of control pulses sent by the electronic control module 5 to the electric motor 4. It is thus necessary to have available 'a reliable reference position from which the relative movements of the shutter are counted.
  • the trigger device 10 has no permanent memory. It is therefore not possible for the expansion device to retain, after power off, the value of the stop position of the movable shutter 3.
  • the expansion device 10 has a temporary memory. This memory makes it possible to have the instantaneous value of various operating parameters available, but does not make it possible to keep them after switching off the expansion device.
  • the expansion device 10 for refrigerant fluid is configured to implement the method according to the invention, which will now be described.
  • the invention provides a method of controlling an expansion device 10 for refrigerant fluid, the expansion device 10 comprising:
  • a movable shutter 3 configured to vary a section of passage of the refrigerant fluid in the conduit 2,
  • an electronic module 5 configured to receive a position instruction from the shutter 3 and to control the electric motor 4 so that the shutter 3 reaches the position instruction, the shutter 3 being movable between an open position minimum A_min in which the refrigerant flow section is minimum and a maximum open position A_max in which the refrigerant flow section is maximum, the difference between the maximum open position A_max and the open position minimum A_min defining a maximum travel C of the shutter 3, the control method comprising the steps:
  • step 51 determine a displacement setpoint D of the shutter 3 towards the minimum opening position A_min, the displacement setpoint D being equal to the sum of the stored value M of the stop position and a safety factor S, the safety factor S being between 1% of the maximum stroke C of shutter 3 and 15% of the maximum stroke C of shutter 3 (step 51),
  • the shutter displacement setpoint is a displacement amplitude.
  • the displacement instruction is a relative displacement instruction. It may not be achieved if the shutter has already reached the minimum open position.
  • the shutter 3 stop position is the position in which the shutter 3 is when the trigger 10 is turned off.
  • the safety factor S is a predetermined value. Its value is between 1% of the maximum shutter stroke and 15% of the maximum shutter stroke. According to one aspect of the invention, the safety factor is between 2% of the maximum stroke C of the shutter 3 and 10% of the maximum stroke C of the shutter 3. The safety factor is preferably equal to 5% of maximum shutter travel C 3.
  • the added safety factor ensures that the mobile shutter achieves in all use cases the minimum open position, which will serve as a reference.
  • the safety factor is sufficiently low to limit the time during which the electric motor is operated when the shutter is blocked because it is already in the minimum open position.
  • the time during which the electric motor is controlled while the shutter is blocked is reduced in virtually all use cases.
  • control process comprises a step:
  • the stop position of the shutter 3 is memorized by an electronic control unit 7 external to the expansion device 10.
  • the stop position of shutter 3 is stored in a permanent reprogrammable memory of the electronic control unit 7.
  • the stored information can be found even in the event of a power cut to the electronic control unit.
  • Storage can be carried out, for example, when the electronic control unit 7 is switched off.
  • the number of writes in the permanent memory is thus limited, which limits the risk of long-term deterioration of this memory.
  • the stop position of the shutter 3 is communicated to the electronic control unit 7 by a digital communication protocol.
  • the LIN communication protocol for the English acronym “Local Interconnect Network”, can for example be used.
  • FIG. 3 illustrates the course of the various steps of the process according to the invention.
  • Curve 30 schematizes the evolution over time of the position of shutter 3 of the expansion device 10 and curve 31 schematizes the state of the power supply to the expansion device 10.
  • the instant t0 marks the instant when the power supply to the expansion device 10, curve 31, is stopped, because the thermal conditioning system goes into an inactive state, for example when the vehicle is no longer in use. .
  • the shutter reaches its minimum opening position A_min, that is to say that the shutter is in abutment.
  • the electrical control of the motor 4 is maintained until the instant t3, which is the instant at which the electrical control making it possible to obtain the displacement amplitude D when the shutter is not in abutment is reached.
  • the dotted lines show the theoretical position that the shutter 3 would have if it were not blocked by the stopper. Maintaining the command between times t2 and t3 makes it possible to compensate for any shifts in the position of the shutter 3 occurring during the inactivity phase of the system. Such shifts can arise, for example, from variations in thermal expansion of the components during the inactivity phase, or alternatively from vibrations undergone during this inactivity phase.
  • Offsets can also occur during the nominal operating phase preceding the interruption of the power supply, for example due to vibrations undergone in normal operation during the nominal operating phase.
  • this phase of resetting the shutter 3 is completed.
  • the thermal conditioning system considers that the shutter 3 is positioned at its minimum opening position A_min and that this position can be used as a reference for the operating phases to come. From t3, the expansion device ensures a variable expansion level in real time, and the position of the shutter changes according to the instructions received from the electronic control unit 7.
  • Figure 4 illustrates for comparison the operation of a thermal conditioning system according to the state of the art, when the described method is not active.
  • the instant t'O marks the instant when the power supply to the expansion device 10, curve 31 ', is stopped.
  • the instant t'1 marks the instant when the power supply is restored, because the thermal conditioning system is used again.
  • the shutter 3 starts again from the same position as its stop position.
  • the shutter displacement setpoint towards its minimum open position is shown diagrammatically by the sign C, which is the maximum travel of the shutter 3.
  • the electric motor 4 controls the shutter and the position of the shutter decreases regularly. At the instant t'2, the shutter reaches its minimum open position, that is to say that the shutter is in abutment.
  • the electrical control of the motor 4 is maintained until the instant t'3, which is the instant at which the electrical control making it possible to obtain the displacement amplitude C when the shutter is not in abutment is reached.
  • the duration between the instant t'2 and the instant t'3 is the period during which the motor operates in the locked rotor state, and the shutter 3 forces its stop. Throughout this phase, the motor 4 and the movement transform mechanism 16 are therefore highly stressed, which in the long run penalizes the reliability of the expansion device 10.
  • the method according to the invention controls a displacement setpoint equal to the stop position to which a safety factor is added, while according to the state of the art the displacement setpoint is equal to the maximum stroke.
  • shutter to take into account the worst case.
  • the operating time with the shutter in abutment, shown schematically t2 to t3, is thus shorter with the method according to the invention.
  • Mechanical wear on moving parts, including the electric motor, is reduced, which promotes the long-term reliability of the expansion device.
  • the expansion device 10 comprises a sensor
  • control method for detecting the blockage in rotation of a rotor of the electric motor 4, and the control method comprises the steps:
  • step 55 If the blocked rotor detection occurs while the control of the electric motor 4 to reach the displacement setpoint D of the shutter 3 towards the minimum open position A_min is in progress and the displacement of the shutter 3 is greater than the stored value of the stop position, declare a nominal state of the expansion device 10 (step 55).
  • control method comprises the step:
  • step 56 If the detection of a locked rotor has not occurred when the control of the electric motor 4 to reach the displacement setpoint D of the shutter 3 towards the minimum open position A_min has already been completed, declare a faulty state of the device. relaxation 10. (step 56).
  • the safety factor that is added serves to ensure that the shutter reaches its minimum open position in which it stops, regardless of the previous stop position. Therefore, an absence of the locked rotor state indicates a malfunction, that is, a failure of the expansion device.
  • control process also includes the step:
  • the locked rotor detection occurs when the shutter displacement is less than 80% of the stored value of the stop position, declare a faulty state of the expansion device.
  • Premature triggering of the rotor blockage detection means that the shutter movement does not run smoothly, for example when a foreign object obstructs the shutter movement. Thus, premature detection of the rotor blockage also reveals an operational problem.
  • the electronic control unit 7 comprises a permanent memory, the electronic control unit 7 being configured for: when the expansion device 10 is powered on, the value M of the shutter stop position 3 is sent by the electronic control unit 7 to the electronic module 5 of the expansion device 10, when the expansion device 10 is switched off, the stop position of shutter 3 is memorized by the electronic control unit 7.
  • the refrigerant fluid leaves the compression device 11 at high pressure and high temperature.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 12, and gives up heat to the flow of outside air 100.
  • the refrigerant condenses and joins the inlet 14 of the expansion device 10.
  • the movable shutter 3 is in a chamber. position in which the passage section provided for the refrigerant fluid is reduced, which causes an expansion of the refrigerant fluid, which passes at low pressure.
  • the low pressure refrigerant then circulates through the second heat exchanger 13, and absorbs heat from the indoor air stream 200.
  • the indoor air stream is thus cooled, while the refrigerant evaporates.
  • the refrigerant then reaches the inlet of the compression device 11, where it again passes high pressure and high temperature. The described cycle then repeats itself.
  • the flow of refrigerant fluid is controlled, that is to say adjusted, by the speed of rotation of the compression device 11.
  • the level of expansion of the refrigerant fluid is adjusted by the section of passage of the refrigerant fluid in the expansion device 10, in other words by the position of the movable shutter 3.
  • the position of the mobile shutter 3 is therefore adjusted in real time as a function of changes in the external conditions and the temperature setpoints in the passenger compartment.
  • the control unit 7 determines the position to be adopted by the mobile shutter 3 and sends a position instruction to the electronic module 5. The latter sends an electric command to the electric motor 4 so as to position the mobile shutter 3 to the desired position.
  • the thermal management circuit according to the invention can also include one or more of the characteristics below, considered individually or combined with one another:
  • the electronic control unit 7 can be integrated into the expansion device 10. In other words, the method according to the invention can be implemented directly by the expansion device 10.
  • the second heat exchanger 13 can be a battery cooler.
  • the thermal conditioning system can include several evaporators in parallel, each evaporator having an expansion device placed upstream.
  • the thermal conditioning system may include one or more bypass branches allowing other operating modes, such as a heat pump mode in which the heat taken from the outside air flow to vaporize the refrigerant fluid is dissipated in the flow of interior air by condensing the refrigerant in a heat exchanger placed in the passenger compartment.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif de détente (10) pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente (10) comportant : - un corps (1) définissant un conduit (2) de circulation, - un obturateur (3) mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit (2), - un moteur électrique (4) cinématiquement lié à l'obturateur (3), - un module électronique (5) configuré pour recevoir une consigne de position de l'obturateur (3) et pour commander le moteur électrique (4) de façon à ce que l'obturateur (3) atteigne la consigne de position, l'obturateur (3) étant mobile entre une position d'ouverture minimale (A_min) et une position d'ouverture maximale (A_max), l'écart entre la position d'ouverture maximale (A_max) et la position d'ouverture minimale (A_min) définissant une course maximale (C) de l'obturateur (3), le procédé de contrôle comportant les étapes : - à la mise sous tension, recevoir une valeur mémorisée (M) d'une position d'arrêt de l'obturateur (3) (étape 50), - déterminer une consigne de déplacement (D) de l'obturateur (3) vers la position d'ouverture minimale (A_min), la consigne de déplacement (D) étant égale à la somme de la valeur mémorisée (M) de la position d'arrêt et d' un facteur de sécurité (S) compris entre 1% de la course maximale (C) et 15% de la course maximale (C) (étape 51), - commander le moteur électrique (4) pour réaliser la consigne de déplacement (D) de l'obturateur (3), de façon à amener l'obturateur (3) à la position d'ouverture minimale (A_min) (étape 52).

Description

Titre de l'invention :
DISPOSITIF DE DETENTE ET UN PROCEDE DE CONTROLE DU
DISPOSITIF DE DETENTE
[1] La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de détente intégrés dans des systèmes de conditionnement thermique pour véhicule automobile. De tels systèmes permettent par exemple une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou encore une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur agencés le long d’un circuit fermé. Au moins une vanne de détente est utilisée, et permet de contrôler, c'est-à-dire de gérer la détente du fluide réfrigérant en amont d’un échangeur de chaleur. Afin de contrôler avec précision le fonctionnement d’un tel système, il est courant d’employer une vanne de détente dite « électronique ». [2] Une vanne de détente « électronique » comporte un conduit de circulation de fluide réfrigérant, et un obturateur mobile qui permet de modifier la section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit. La position de l’obturateur mobile permet donc d’ajuster le niveau de détente subi par le fluide réfrigérant. L’obturateur mobile est entraîné par un moteur électrique, en général un moteur de type pas à pas. Le moteur électrique d’entrainement est piloté par un module électronique faisant généralement partie de la vanne. La vanne reçoit d’une unité de contrôle du système de conditionnement thermique des consignes de position de l’obturateur mobile, et pilote le moteur électrique de façon à ce que la position réelle de l’obturateur soit égale à sa position de consigne. [3] En général, une telle vanne de détente ne comporte pas de capteur de position de l’obturateur mobile. Par conséquent, la position de l’obturateur à un instant donné est déterminée de manière relative, à partir d’une position d’initialisation servant de référence, et à partir des consignes de déplacement reçues entre l’instant d’initialisation de la vanne et l’instant considéré. La position servant de référence est la position dans laquelle l’obturateur mobile est en butée contre un siège formé dans le conduit, c'est-à-dire une position correspondant au débit minimal de fluide réfrigérant. [4] A chaque phase de mise sous tension du système de conditionnement thermique, l’obturateur mobile, dont la position n’est pas connue, reçoit une consigne de déplacement d’une amplitude suffisamment élevée pour garantir que l’obturateur va atteindre la butée servant de position de référence. En pratique, selon l’état de l’art l’amplitude du déplacement demandé correspond à l’amplitude maximale de déplacement possible de l’obturateur, afin de garantir que la position de butée soit atteinte quelque soit la position dans laquelle l’obturateur mobile s’est arrêté lors de la précédente mise hors tension du système. Dans certains cas, l’amplitude du déplacement demandé est même légèrement supérieure à l’amplitude maximale de déplacement possible, afin d’avoir une marge de sécurité prenant en compte notamment les dispersions de caractéristiques mécaniques des différents éléments de la vanne.
[5] Comme il est rare que l’obturateur mobile soit proche de la position d’ouverture maximale lors de son initialisation, la position en butée est généralement atteinte pour une amplitude de déplacement largement inférieure à l’amplitude de déplacement commandée. Le moteur électrique continue donc à être commandé alors que l’obturateur mobile ne peut plus se déplacer davantage, puisqu’il est déjà en butée. Cette phase de fonctionnement a tendance à dégrader la fiabilité à long terme du moteur électrique, ainsi que celle du mécanisme de commande.
[6] Le but de la présente invention est de fournir un procédé de contrôle permettant de réduire la durée pendant laquelle la vanne est commandée avec son moteur bloqué, sans ajouter de composant type capteur de position. L’invention a aussi pour but un dispositif de détente permettant de mettre en oeuvre le procédé.
[7] Ainsi, l’invention propose un procédé de contrôle d’un dispositif de détente pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente comportant :
- un corps définissant un conduit de circulation de fluide réfrigérant,
- un obturateur mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit,
- un moteur électrique cinématiquement lié à l’obturateur,
- un module électronique configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur et pour commander le moteur électrique de façon à ce que l’obturateur atteigne la consigne de position, l’obturateur étant mobile entre une position d’ouverture minimale dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale et la position d’ouverture minimale définissant une course maximale de l’obturateur, le procédé de contrôle comportant les étapes :
- à la mise sous tension du dispositif de détente, recevoir une valeur mémorisée d’une position d’arrêt de l’obturateur,
- déterminer une consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale, la consigne de déplacement étant égale à la somme de la valeur mémorisée de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité, le facteur de sécurité étant compris entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur,
- commander le moteur électrique pour réaliser la consigne de déplacement de l’obturateur, de façon à amener l’obturateur à la position d’ouverture minimale.
[8] Autrement dit, lorsque la position d’ouverture minimale de l’obturateur est atteinte et tant que la consigne de déplacement n’est pas atteinte, le moteur électrique continue à recevoir une commande électrique. Autrement dit, lorsque le mouvement de l’obturateur cesse, la commande électrique du moteur électrique se poursuit, de façon à s’assurer que l’obturateur a bien atteint la position d’ouverture minimale. Ainsi, cette position pourra être utilisée comme une référence fiable.
[9] La consigne de déplacement de l’obturateur est une amplitude de déplacement. Autrement dit, la consigne de déplacement est une consigne de déplacement relatif. Elle peut ne pas être réalisée si l’obturateur a déjà atteint la position d’ouverture minimale.
[10] La position d’arrêt de l’obturateur est la position dans laquelle l’obturateur se trouve à l’instant de la mise hors tension du dispositif de détente.
[11] Le facteur de sécurité est une valeur prédéterminée. Sa valeur est comprise entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur.
[12] Selon un mode de réalisation, le moteur électrique est un moteur pas à pas. [13] Lorsque l’obturateur est en position d’ouverture minimale, l’obturateur est en contact avec une butée du corps.
[14] Selon un aspect de l’invention, le facteur de sécurité est compris entre 2% de la course maximale de l’obturateur et 10% de la course maximale de l’obturateur. Le facteur de sécurité est de préférence égal à 5% de la course maximale de l’obturateur.
[15] Le facteur de sécurité qui est ajouté permet de garantir que l’obturateur mobile atteint dans tous les cas d’utilisation la position minimale d’ouverture, qui va servir de référence. Le facteur de sécurité a toutefois une valeur suffisamment faible pour limiter la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué car déjà en position d’ouverture minimale. Par rapport aux solutions selon l’état de l’art dans lesquelles le moteur reçoit une consigne de déplacement égale à la course maximale de l’obturateur, la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué est réduite dans pratiquement tous les cas d’utilisation. En effet, en pratique, l’obturateur mobile est généralement dans une position intermédiaire au moment de la mise hors tension du dispositif de détente.
[16] Selon un exemple de mise en oeuvre, la butée peut être rapportée dans le corps, par exemple par emmanchement à force.
[17] Selon un autre exemple de réalisation, la butée peut être usinée dans le corps.
[18] Selon un aspect de l’invention, le débit de fluide réfrigérant dans l’organe de détente est nul lorsque l’obturateur est en position d’ouverture minimale. Autrement dit, la position d’ouverture minimale de l’obturateur est une position de fermeture.
[19] Selon un aspect de l’invention, le procédé de contrôle comporte!’ étape :
- A la mise hors tension du dispositif de détente, mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur.
[20] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée par une unité électronique de contrôle extérieure au dispositif de détente. [21] Selon un mode de réalisation, l’unité électronique de contrôle est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile. L’unité électronique de contrôle gère le fonctionnement du dispositif de conditionnement thermique dans lequel le dispositif de détente est intégré. La coopération entre le dispositif de détente et l’unité de contrôle électronique permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente sans rajouter de composants.
[22] Par exemple, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée dans une mémoire permanente reprogrammable de l’unité électronique de contrôle. Ainsi, l’information mémorisée peut être retrouvée même en cas de coupure d’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle.
[23] Selon une variante du procédé, la position d’arrêt de l’obturateur est communiquée à l’unité électronique de contrôle par un protocole de communication digitale.
[24] Selon un mode de réalisation, le dispositif de détente comporte un capteur de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique, et le procédé de contrôle comporte les étapes :
- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique,
- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique pour atteindre la consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale est en cours et que le déplacement de l’obturateur est supérieur à la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente.
[25] Lorsqu’un capteur de détection du blocage du rotor du moteur est utilisé, l’information délivrée permet de confirmer que la consigne de déplacement de l’obturateur est suffisante, et que le fonctionnement se déroule de manière nominale, c'est-à-dire que le fonctionnement se déroule sans défaut. Le fonctionnement nominal peut être confirmé lorsque l’amplitude de déplacement déjà réalisé à l’instant où la détection de blocage du rotor se produit est supérieure à la position d’arrêt mémorisée. En effet, cela signifie que l’obturateur a bien atteint la position de butée au moment attendu. [26] Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si la détection de rotor bloqué ne s’est pas produite alors que la commande du moteur électrique pour atteindre la consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale est déjà terminée, déclarer un état défectueux du dispositif de détente. Si l’information comme quoi le rotor du moteur est bloqué ne se déclenche pas, cela signifie que le fonctionnement du dispositif de détente n’est pas nominal et présente un défaut. En effet, le facteur de sécurité appliqué sert à garantir que l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale dans laquelle il est en butée. Par conséquent, une absence de détection de l’état rotor bloqué signifie un problème de fonctionnement, autrement dit un défaut du dispositif de détente.
[27] Le procédé de contrôle comporte de même l’étape :
- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que le déplacement de l’obturateur est inférieur à 80 % de la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état défectueux du dispositif de détente.
[28] Ce cas de déclenchement prématuré de la détection de blocage du rotor signifie qu’un problème est présent, comme par exemple un obstacle présent sur la course de l’obturateur, tel un corps étranger.
[29] L’invention concerne également un dispositif de détente pour fluide réfrigérant, configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’invention.
[30] Le dispositif de détente possède également les caractéristiques suivantes :
- Le moteur électrique entraîne l’obturateur mobile par une transformée de mouvement de type vis sans fin et pignon.
- Le dispositif de détente est dépourvu de capteur de position de l’obturateur.
- Le dispositif de détente est dépourvu de mémoire permanente.
- Le dispositif de détente possède une mémoire temporaire.
[31] L’invention se rapporte également à un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- un dispositif de compression,
- un premier échangeur configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur,
- un dispositif de détente tel que décrit précédemment,
- un deuxième échangeur configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur, le système de conditionnement thermique comportant également une unité électronique de contrôle configurée pour contrôler le dispositif de détente et le dispositif de compression de façon à ce que le premier fluide caloporteur ou le deuxième fluide caloporteur atteigne une température de consigne.
[32] Selon une variante du système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, unité électronique de contrôle comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente, la valeur mémorisée de la position d’arrêt de l’obturateur est envoyée par l’unité électronique de contrôle au module électronique du dispositif de détente, à la mise hors tension du dispositif de détente, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée par l’unité électronique de contrôle.
[33] La coopération entre le dispositif de détente et l’unité électronique de contrôle permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente.
[34] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :
[35] - La figure 1 représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique,
[36] - La figure 2 représente une vue schématique d’un dispositif de détente 10 intégré au système de conditionnement thermique de la figure 1 ,
[37] - La figure 3 représente l’évolution temporelle de plusieurs paramètres de fonctionnement du procédé selon l’invention,
[38] - La figure 4 représente l’évolution temporelle des mêmes paramètres de fonctionnement que sur la figure 3, dans le cas d’un procédé selon l’art antérieur,
[39] - La figure 5 est un schéma bloc du procédé selon l’invention. [40] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation d'un fluide. De manière analogue, le terme « un premier élément en aval d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation du fluide considéré.
[41] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé 20 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- un dispositif de compression 11 ,
- un premier échangeur 12 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur 100,
- un dispositif de détente 10,
- un deuxième échangeur 13 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur 200, le système de conditionnement thermique 40 comportant également une unité électronique de contrôle 7 configurée pour contrôler le dispositif de détente 10 et le dispositif de compression 11 de façon à ce que le premier fluide caloporteur 100 ou le deuxième fluide caloporteur 200 atteigne une température de consigne.
[42] Le premier échangeur de chaleur 12 est ici configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. Autrement dit, le premier fluide caloporteur 100 est un flux d’air extérieur. On entend par flux d’air extérieur un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 12 est utilisé en condenseur du fluide réfrigérant sur l’exemple représenté. Le premier échangeur de chaleur 12 est ici disposé en face avant du véhicule, et reçoit le flux d’air généré notamment par l’avancement du véhicule. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur.
[43] Le deuxième échangeur de chaleur 13 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule. Autrement dit, le deuxième fluide caloporteur 200 est un flux d’air destiné à être envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le conditionnement thermique de l’habitacle. Le système de conditionnement thermique 40 permet notamment de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Le deuxième échangeur de chaleur 13 est utilisé en évaporateur sur l’exemple représenté. Le deuxième échangeur de chaleur 13 est disposé dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les figures. Un autre groupe moto-ventilateur, non représenté sur les figures, est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur.
[44] En fonctionnement normal du système de conditionnement thermique 40, un fluide réfrigérant circule dans le circuit 20 de fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant utilisé ici est un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a.
[45] Le dispositif de compression 11 peut être un compresseur électrique, c'est-à- dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 11 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie du dispositif de compression. Les pièces mobiles internes du compresseur font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée à une haute pression côté sortie. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente du circuit, le fluide réfrigérant revient à l’entrée du compresseur 11 et recommence un nouveau cycle. [46] L’unité électronique de contrôle 7 est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile. L’unité électronique de contrôle 7 reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 7 reçoit également les consignes de fonctionnement demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 40. Les traits en pointillés schématisent la liaison électrique entre l’unité électronique de contrôle 7, le dispositif de compression 11 et le dispositif de détente 10. Les différents capteurs présents sur le circuit de fluide réfrigérant et les liaisons électriques associées n’ont pas été représentés.
[47] On décrira maintenant le dispositif de détente 10. On a représenté sur la figure 2 un schéma de principe du dispositif de détente 10. Le dispositif de détente 10 comporte :
- un corps 1 définissant un conduit 2 de circulation de fluide réfrigérant,
- un obturateur 3 mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit 2, - un moteur électrique 4 cinématiquement lié à l’obturateur 3,
- un module électronique 5 configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur 3 et pour commander le moteur électrique 4 de façon à ce que l’obturateur 3 atteigne la consigne de position, l’obturateur 3 étant mobile entre une position d’ouverture minimale A_min dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale A_max dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale A_max et la position d’ouverture minimale A_min définissant une course maximale C de l’obturateur 3. [48] Le moteur électrique 4 est un moteur pas à pas. Le moteur électrique 4 entraîne l’obturateur mobile 3, par exemple par une transformée de mouvement 16 de type vis sans fin et pignon. La course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond par exemple à 400 pas de déplacement du moteur électrique 4. Ainsi, 10% de la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond alors à 40 pas de déplacement. Dans un autre exemple d’application où la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond à 5000 pas de déplacement du moteur électrique 4, 10% de la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond alors à 500 pas de déplacement.
[49] Lorsque l’obturateur 3 est en position d’ouverture minimale A_min, l’obturateur 3 est en contact avec une butée 6 du corps 1. Sur l’exemple représenté, la butée 6est usinée dans le corps 1. En variante, la butée 6 peut être rapportée dans le corps 1 , par exemple par emmanchement à force.
[50] Le débit de fluide réfrigérant dans l’organe de détente 10 est nul lorsque l’obturateur 3 est en position d’ouverture minimale A_min. En effet, l’obturateur mobile 3 repose sur la butée et obture totalement le conduit de circulation de fluide. Autrement dit, la position d’ouverture minimale A_min de l’obturateur 3 est une position de fermeture. On entend par débit nul que le débit traversant le dispositif de détente 10 est nul aux fuites près, les fuites étant négligeables par rapport au débit de fluide réfrigérant en fonctionnement nominal.
[51] Le fluide réfrigérant entre dans le conduit de circulation par l’entrée 14, subit une détente variable suivant la position de l’obturateur mobile 3 et ressort par la sortie 15.
[52] Le dispositif de détente 10 est dépourvu de capteur de position de l’obturateur 3. Autrement dit, la position de l’obturateur mobile 3 ne peut pas être déterminée de manière directe, c'est-à-dire par un capteur de position de l’obturateur lui- même ou d’une pièce mécanique liée à l’obturateur.
[53] A la place, la position de l’obturateur mobile 3 est déterminée de manière indirecte, à partir du nombre d’impulsions de commande envoyées par le module électronique de contrôle 5 au moteur électrique 4. Il est ainsi nécessaire de disposer d’une position de référence fiable à partir de laquelle les mouvements relatifs de l’obturateur sont comptés.
[54] Le dispositif de détente 10 est dépourvu de mémoire permanente. Il n’est donc pas possible que le dispositif de détente conserve, après une mise hors tension, la valeur de la position d’arrêt de l’obturateur mobile 3.
Le dispositif de détente 10 possède une mémoire temporaire. Cette mémoire permet d’avoir à disposition la valeur instantanée de divers paramètres de fonctionnement, mais ne permet pas de les conserver après une mise hors tension du dispositif de détente.
[55] Le dispositif de détente 10 pour fluide réfrigérant est configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’invention, que l’on décrira maintenant.
[56] L’invention propose un procédé de contrôle d’un dispositif de détente 10 pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente 10 comportant :
- un corps 1 définissant un conduit 2 de circulation de fluide réfrigérant,
- un obturateur 3 mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit 2,
- un moteur électrique 4 cinématiquement lié à l’obturateur 3,
- un module électronique 5 configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur 3 et pour commander le moteur électrique 4de façon à ce que l’obturateur 3 atteigne la consigne de position, l’obturateur 3 étant mobile entre une position d’ouverture minimale A_min dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale A_max dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale A_max et la position d’ouverture minimale A_min définissant une course maximale C de l’obturateur 3, le procédé de contrôle comportant les étapes :
- à la mise sous tension du dispositif de détente 10, recevoir une valeur mémorisée M d’une position d’arrêt de l’obturateur 3 (étape 50),
- déterminer une consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min, la consigne de déplacement D étant égaleàla somme de la valeur mémorisée M de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité S, le facteur de sécurité S étant compris entre 1% de la course maximale C de l’obturateur 3 et 15% de la course maximale C de l’obturateur 3 (étape 51 ),
- commander le moteur électrique 4 pour réaliser la consigne de déplacement D de l’obturateur 3, de façon à amener l’obturateur 3 à la position d’ouverture minimale A_min (étape 52). [57] Autrement dit, lorsque la position d’ouverture minimale A_min de l’obturateur 3 est atteinte et tant que la consigne de déplacement D n’est pas atteinte, le moteur électrique 4 continue à recevoir une commande électrique. Autrement dit, lorsque le mouvement de l’obturateur 3 cesse, la commande électrique du moteur électrique 4 se poursuit, de façon à s’assurer que l’obturateur a bien atteint la position d’ouverture minimale. Ainsi, cette position pourra être utilisée comme une référence fiable.
[58] La consigne de déplacement de l’obturateur est une amplitude de déplacement. Autrement dit, la consigne de déplacement est une consigne de déplacement relatif. Elle peut ne pas être atteinte si l’obturateur a déjà atteint la position d’ouverture minimale.
[59] La position d’arrêt de l’obturateur 3 est la position dans laquelle l’obturateur 3 se trouve à l’instant de la mise hors tension du dispositif de détente 10.
[60] Le facteur de sécurité S est une valeur prédéterminée. Sa valeur est comprise entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur. Selon un aspect de l’invention, le facteur de sécurité est compris entre 2% de la course maximale C de l’obturateur 3 et 10% de la course maximale C de l’obturateur 3. Le facteur de sécurité est de préférence égal à 5% de la course maximale C de l’obturateur 3.
[61 ] Le facteur de sécurité ajouté permet de garantir que l’obturateur mobile atteint dans tous les cas d’utilisation la position minimale d’ouverture, qui va servir de référence. Le facteur de sécurité a toutefois une valeur suffisamment faible pour limiter la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué car déjà en position d’ouverture minimale. Par rapport aux solutions selon l’état de l’art dans lesquelles le moteur reçoit une consigne de déplacement égale à la course maximale de l’obturateur, la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué est réduite dans pratiquement tous les cas d’utilisation.
[62] Selon un aspect de l’invention, le procédé de contrôle comporte étape :
- A la mise hors tension du dispositif de détente 10, mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur 3 (étape 53). [63] Selon un exemple de mise en œuvre du procédé de contrôle, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée par une unité électronique de contrôle 7 extérieure au dispositif de détente 10.
[64] Par exemple, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée dans une mémoire permanente reprogrammable de l’unité électronique de contrôle 7.
Ainsi, l’information mémorisée peut être retrouvée même en cas de coupure d’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle. La mémorisation peut être réalisée par exemple à la mise hors tension de l’unité électronique de contrôle 7. Le nombre d’écritures dans la mémoire permanente est ainsi limité, ce qui limite le risque de détérioration à long terme de cette mémoire.
[65] Selon une variante du procédé, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est communiquée à l’unité électronique de contrôle 7 par un protocole de communication digitale. Le protocole de communication LIN, pour l’acronyme Anglais « Local Interconnect Network », peut par exemple être employé.
[66] La figure 3 illustre le déroulement des différentes étapes du procédé selon l’invention. La courbe 30 schématise l’évolution temporelle de la position de l’obturateur 3 du dispositif de détente 10 et la courbe 31 schématise l’état de l’alimentation électrique du dispositif de détente 10.
[67] L’instant tO marque l’instant où l’alimentation électrique du dispositif de détente 10, courbe 31 , est stoppée, car le système de conditionnement thermique passe dans un état inactif, par exemple lorsque le véhicule n’est plus utilisé. La position dans laquelle l’obturateur 3 se trouvait juste avant la coupure de l’alimentation électrique, donc l’instant tO, est mémorisée. Cette valeur est schématisée par le signe M.
[68] A l’instant t1 , l’alimentation électrique est rétablie, car le système de conditionnement thermique est à nouveau utilisé. On suppose que l’obturateur 3 repart de la même position que sa position d’arrêt, c'est-à-dire qu’il n’y a eu aucun déplacement non maîtrisé de l’obturateur 3 pendant la période d’inactivité allant de tO à t1. Le facteur de sécurité S est ajouté à la valeur mémorisée M afin de fournir une consigne de déplacement D de l’obturateur vers sa position d’ouverture minimale. La valeur D est donc strictement supérieure à la valeur M. En d’autres termes, le facteur de sécurité S génère une surconsigne par rapport à la valeur de la position d’arrêt mémorisée. Entre l’instant t1 et l’instant t2, le moteur électrique 4 commande l’obturateur 3 et la position de l’obturateur 3 diminue régulièrement. A l’instant t2, l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale A_min, c'est-à-dire que l’obturateur est en butée. La commande électrique du moteur 4 est maintenue jusqu’à l’instant t3, qui est l’instant auquel la commande électrique permettant d’obtenir l’amplitude de déplacement D lorsque l’obturateur n’est pas en butée est atteinte. Les traits en pointillés montrent la position théorique qu’aurait l’obturateur 3 s’il n’était pas bloqué par la butée. Le maintien de la commande entre les instants t2 et t3 permet de compenser d’éventuels décalages de la position de l’obturateur 3 survenus pendant la phase d’inactivité du système. De tels décalages peuvent provenir par exemple des variations de dilatations thermiques des composants pendant la phase d’inactivité, ou encore des vibrations subies pendant cette phase d’inactivité. Des décalages peuvent aussi se produire lors de la phase de fonctionnement nominal ayant précédé la coupure de l’alimentation électrique, par exemple à cause des vibrations subies en fonctionnement normal lors de la phase de fonctionnement nominal. A l’instant t3, cette phase de recalage de l’obturateur 3 est terminée. Le système de conditionnement thermique considère que l’obturateur 3 est positionné à sa position d’ouverture minimale A_min et que cette position peut être utilisée comme référence pour les phases de fonctionnement à venir. A partir de t3, le dispositif de détente assure un niveau de détente variable en temps réel, et la position de l’obturateur évolue en fonction des consignes reçues de l’unité électronique de contrôle 7.
[69] La figure 4 illustre pour comparaison le fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’état de l’art, lorsque le procédé décrit n’est pas actif.
[70] Comme précédemment, l’instant t’O marque l’instant où l’alimentation électrique du dispositif de détente 10, courbe 31’, est stoppée. L’instant t’1 marque l’instant où l’alimentation électrique est rétablie, car le système de conditionnement thermique est à nouveau utilisé. On suppose comme précédemment que l’obturateur 3 repart de la même position que sa position d’arrêt. La consigne de déplacement de l’obturateur vers sa position d’ouverture minimale est schématisée par le signe C, qui est la course maximale de l’obturateur 3. Comme précédemment, entre l’instant t’1 et l’instant t’2, le moteur électrique 4 commande l’obturateur et la position de l’obturateur diminue régulièrement. A l’instant t’2, l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale, c'est-à-dire que l’obturateur est en butée. La commande électrique du moteur 4 est maintenue jusqu’à l’instant t’3, qui est l’instant auquel la commande électrique permettant d’obtenir l’amplitude de déplacement C lorsque l’obturateur n’est pas en butée est atteinte. La durée comprise entre l’instant t’2 et l’instant t’3 est la durée pendant laquelle le moteur fonctionne dans l’état rotor bloqué, et l’obturateur 3 force sur sa butée. Pendant toute cette phase, le moteur 4 et le mécanisme de transformée de mouvement 16 sont donc fortement sollicités, ce qui à la longue pénalise la fiabilité du dispositif de détente 10.
[71] Le procédé selon l’invention commande une consigne de déplacement égale à la position d’arrêt à laquelle est ajoutée un facteur de sécurité, alors que selon l’état de l’art la consigne de déplacement est égale à la course maximale de l’obturateur, pour prendre en compte le pire cas. La durée de fonctionnement avec l’obturateur en butée, schématisée t2 à t3, est ainsi plus courte avec le procédé selon l’invention. L’usure mécanique des pièces mobiles, y compris le moteur électrique, est réduite, ce qui favorise la fiabilité à long terme du dispositif de détente. [72] Selon un mode de réalisation, le dispositif de détente 10 comporte un capteur
8 de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique 4, et le procédé de contrôle comporte les étapes :
- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique 4 (étape 54),
- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique 4 pour atteindre la consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min est en cours et que le déplacement de l’obturateur 3 est supérieur à la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente 10 (étape 55).
[73] Lorsqu’un capteur de détection du blocage du rotor du moteur est utilisé, l’information délivrée permet de confirmer que la consigne de déplacement de l’obturateur est suffisante, et que le fonctionnement se déroule de manière nominale. [74] Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si la détection de rotor bloqué ne s’estpas produite alors que la commande du moteur électrique 4 pour atteindre la consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min est déjà terminée, déclarer un état défectueux du dispositif de détente 10. (étape 56).
[75] Si l’information comme quoi le rotor du moteur est bloqué ne se déclenche pas, cela signifie que le fonctionnement du dispositif de détente n’est pas nominal et présente un défaut. En effet, le facteur de sécurité qui est ajouté sert à garantir que l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale dans laquelle il est en butée, quelle que soit la position d’arrêt précédente. Par conséquent, une absence de l’état rotor bloqué révèle un problème de fonctionnement, autrement dit un défaut du dispositif de détente.
[76] Le procédé de contrôle comporte de même l’étape :
- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que le déplacement de l’obturateur est inférieur à 80 % de la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état défectueux du dispositif de détente. Un déclenchement prématuré de la détection de blocage du rotor signifie que le mouvement de l’obturateur ne se déroule pas librement, comme par exemple lorsque un corps étranger fait obstacle au mouvement de l’obturateur. Ainsi, une détection prématurée du blocage du rotor révèle également un problème de fonctionnement.
[77] Selon une variante du système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile, unité électronique de contrôle 7 comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle 7 étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente 10, la valeur mémorisée M de la position d’arrêt de l’obturateur 3 est envoyée par l’unité électronique de contrôle 7 au module électronique 5 du dispositif de détente 10, à la mise hors tension du dispositif de détente 10, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée par l’unité électronique de contrôle 7.
[78] La coopération entre le dispositif de détente et l’unité électronique de contrôle permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente. [79] On décrira maintenantun mode de fonctionnement possible du système de conditionnement thermique 40, dit mode refroidissement de l’habitacle.
[80] Le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression 11 à haute pression et haute température. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 12, et cède de la chaleur au flux d’air extérieur 100. Le fluide réfrigérant se condense et rejoint l’entrée 14 du dispositif de détente 10. L’obturateur mobile 3 est dans une position dans laquelle la section de passage procurée au fluide réfrigérant est réduite, ce qui provoque une détente du fluide réfrigérant, qui passe à basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression circule ensuite dans le deuxième échangeur de chaleur 13, et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur 200. Le flux d’air intérieur est ainsi refroidi, tandis que le fluide réfrigérant s’évapore. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 11 , au sein duquel il passe à nouveau à haute pression et haute température. Le cycle décrit se répète ensuite.
[81] Le contrôle du débit de fluide réfrigérant dans le circuit 20 et du niveau de détente du fluide réfrigérant à travers le dispositif de détente 10 permettent d’obtenir la puissance de refroidissement correspondant au débit d’air habitacle de consigne et à la température d’habitacle de consigne.
[82] Le débit de fluide réfrigérant est contrôlé, c'est-à-dire ajusté, par le régime de rotation du dispositif de compression 11.Le niveau de détente du fluide réfrigérant est ajusté par la section de passage du fluide réfrigérant dans le dispositif de détente 10, en d’autres termes par la position de l’obturateur mobile 3.
[83] La position de l’obturateur mobile 3 est donc ajusté en temps réel en fonction de évolution des conditions extérieures et des consignes de températures de l’habitacle. L’unité de contrôle 7 détermine la position devant être adoptée par l’obturateur mobile 3 et envoie une consigne de position au module électronique 5. Celui-ci envoie une commande électrique au moteur électrique 4 de façon à positionner l’obturateur mobile 3 à la position voulue.
[84] Lorsque le véhicule cesse d’être utilisé, l’alimentation électrique des différents organes électriques pilotés par l’unité électronique de contrôle 7 est stoppée. La mémorisation de la position d’arrêt de l’obturateur 3, telle que décrite précédemment, est effectuée. Puis l’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle 7 elle-même est stoppée et l’ensemble du système de conditionnement thermique passe en mode inactif. L’alimentation électrique est bien sur maintenue suffisamment longtemps pour que toutes les opérations en cours, y compris l’ensemble des étapes du procédé décrit, soit menées en leur terme.
[85] A la remise en route du véhicule, l’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle 7 est rétablie. A son tour, l’unité électronique de contrôle 7 recommence à alimenter électriquement l’ensemble des organes électriques qu’elle pilote. Ainsi, l’alimentation électrique du module électronique 5 du dispositif de détente 3 est réalisée. La valeur de la position d’arrêt mémorisée de l’obturateur mobile 3 est envoyée par l’unité électronique de contrôle 7 au module électronique 5, et une requête de recalage de l’obturateur mobile, telle que décrite précédemment est effectuée. Il est possible que la requête de recalage de l’obturateur mobile ne soit pas émise à chaque remise en route de l’alimentation électrique. Autrement dit, le procédé décrit n’est pas mis en oeuvre de manière systématique. Lorsqu’aucun recalage n’est effectué à la remise en route de l’alimentation électrique, la valeur de la position d’arrêt mémorisée de l’obturateur est directement utilisée comme position de référence. Le dispositif de détente est ensuite commandé de façon normale par rapport à cette position de référence.
[86] Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :
[87] L’ unité électronique de contrôle 7 peut être intégrée au dispositif de détente 10. Autrement dit, le procédé selon l’invention peut être mis en oeuvre directement par le dispositif de détente 10.
[88] Le deuxième échangeur de chaleur 13 peut être un refroidisseur de batterie.
[89] Le système de conditionnement thermique peut comporter plusieurs évaporateurs en parallèle, chaque évaporateur disposant d’un dispositif de détente placé en amont. [90] Le système de conditionnement thermique peut comporter une ou des branches de dérivation permettant d’autres modes de fonctionnement, comme un mode pompe à chaleur dans lequel la chaleur prélevée sur le flux d’air extérieur pour vaporiser le fluide réfrigérant est dissipée dans le flux d’air intérieur en condensant le fluide réfrigérant dans un échangeur de chaleur disposé dans l’habitacle.]

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1 ] Procédé de contrôle d’un dispositif de détente (10) pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente (10) comportant :
- un corps (1) définissant un conduit (2) de circulation de fluide réfrigérant,
- un obturateur (3) mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit (2),
- un moteur électrique (4) cinématiquement lié à l’obturateur (3),
- un module électronique (5) configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur (3) et pour commander le moteur électrique (4) de façon à ce que l’obturateur (3) atteigne la consigne de position, l’obturateur (3) étant mobile entre une position d’ouverture minimale (A_min) dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale (A_max) dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale (A_max) et la position d’ouverture minimale (A_min) définissant une course maximale (C) de l’obturateur (3), le procédé de contrôle comportant les étapes :
- à la mise sous tension du dispositif de détente (10), recevoir une valeur mémorisée (M) d’une position d’arrêt de l’obturateur (3) (étape 50),
- déterminer une consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3) vers la position d’ouverture minimale (A_min), la consigne de déplacement (D) étant égale à la somme de la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité (S), le facteur de sécurité (S) étant compris entre 1% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) et 15% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) (étape 51),
- commander le moteur électrique (4) pour réaliser la consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3), de façon à amener l’obturateur (3) à la position d’ouverture minimale (A_min) (étape 52).
[Revendication 2] Procédé de contrôle selon la revendication 1 , dans lequel le facteur de sécurité (S) est compris entre 2% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) et 10% de la course maximale (C) de l’obturateur (3), de préférence égal à 5% de la course maximale (C) de l’obturateur (3). [Revendication 3] Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, comportant étape :
- A la mise hors tension du dispositif de détente (10), mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur
(3) (étape 53).
[Revendication 4] Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la position d’arrêt de l’obturateur (3) est mémorisée par une unité électronique de contrôle (7) extérieure au dispositif de détente (10).
[Revendication 5] Procédé de contrôle selon la revendication précédente, dans lequel la position d’arrêt de l’obturateur (3) est communiquée à l’unité électronique de contrôle (7) par un protocole de communication digitale.
[Revendication 6] Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de détente (10) comporte un capteur (8) de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique (4), le procédé de contrôle comportant les étapes :
- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique (4) (étape 54),
- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique (4) pour atteindre la consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3) vers la position d’ouverture minimale (A_min) est en cours et que le déplacement de l’obturateur (3) est supérieur à la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente (10) (étape 55).
[Revendication 7] Procédé de contrôle selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel l’unité électronique de contrôle (7) est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile.
[Revendication 8] Dispositif de détente (10) pour fluide réfrigérant, configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes.
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé (20) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
- un dispositif de compression (11 ),
- un premier échangeur (12) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur (100),
- un dispositif de détente (10) selon la revendication précédente, - un deuxième échangeur (13) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur (200), le système de conditionnement thermique (40) comportant également une unité électronique de contrôle (7) configurée pour contrôler le dispositif de détente (10) et le dispositif de compression (11 ) de façon à ce que le premier fluide caloporteur (100) ou le deuxième fluide caloporteur (200) atteigne une température de consigne.
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel unité électronique de contrôle (7) comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle (7) étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente (10), la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt de l’obturateur (3) est envoyée par l’unité électronique de contrôle (7) au module électronique (5) du dispositif de détente (10), à la mise hors tension du dispositif de détente (10), la position d’arrêt de l’obturateur (3) est mémorisée par l’unité électronique de contrôle (7).
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