Brevet FR2495687A1 — publié le 19820611

La présente invention est relative à la régulation de la température du fluide caloporteur du circuit de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Le circuit de refroidissement d'un moteur à combus- tion interne comporte, en général, un moto-ventilateur qui est alimenté soit en tout ou rien, soit en commande continue, en fonction de la température régnant dans le circuit du fluide de refroidissement. A cet effet, un capteur de température est inséré à un endroit prédéter- miné du circuit de refroidissement. Le fonctionnement à température excessive d'un mo- teur à combustion interne peut provoquer des dommages irrémédiables ce dont les conducteurs de véhicules auto- mobiles ne sont souvent pas conscients. Ainsi, un moteur thermique peut être gravement endommagé lorsqu'une panne survient dans le circuit de refroidissement. Par exemple, lorsque le capteur de température qui est souvent un ther- mocontact fonctionne mal, le ventilateur du circuit de refroidissement peut ne pas être alimenté correctement. Ceci entraîne une augmentation très rapide de la tempé- rature et cette augmentation, bien qu'elle soit affichée sur un thermomètre du tableau de bord, peut ne pas être perçue par le conducteur de sorte que le moteur à com- bustion interne continue de fonctionner dans des condi- tions de température excessive. Si pour augmenter l'efficacité de la régulation, le circuit de refroidissement est associé à un montage plus complexe d'asservissement en température comportant un grand nombre de composants électroniques, la fiabilité de ce circuit peut être plus faible que celle d'un mon- tage fonctionnant par tout ou rien, et dans ce cas, les risques d'endommagement du moteur augmentent en conséquen- ce. L'invention a pour but de fournir un circuit de sé- curité pour un dispositif de régulation de la températu- re du fluide caloporteur du circuit de refroidissement 24956 7 d'un moteur à combustion interne permettant de réduire considérablement les risques de fonctionnement à tempé- rature excessive du moteur, même lorsque la régulation est réalisée au moyen d'un circuit électronique complexe. L'invention a donc pour objet un circuit de sécu- rité pour un dispositif de régulation de la température du fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comportant au moins un groupe moto-ventila- teur qui est associé au circuit du fluide caloporteur du moteur et dont l'alimentation est fonction d'un signal de mesure de température fourni par un capteur monté dans ledit circuit du fluide caloporteur, ledit circuit de sé- curité étant caractérisé en ce qu'il comporte une source de référence et un comparateur connecté par l'une de ces entrées à cette source et par l'autre de ses entrées à un point représentant ledit signal de mesure, ledit com- parateur étant connecté par sa sortie à un organe de com- mutation électromagnétique dont un contact mobile est branché dans le circuit du moteur du groupe moto-ventila- teur de telle manière qu'il connecte ce moteur directe- ment à la source d'alimentation lorsque la température du fluide caloporteur atteint une valeur prédéterminée jugée excessive, par exemple, par la défaillance d'un élément quelconque du dispositif de régulation. Grâce à ces caractéristiques, une panne du dis- positif de régulation provoque toujours l'excitation de l'organe de commutation électromagnétique, ce qui entraî- ne l'alimentation à pleine puissance du groupe moto-ven- tilateur et le refroidissement maximal du fluide calopor- teur refroidissant le moteur thermique. Bien entendu, ce- la signifie que si une panne survient, la puissance ab- sorbée par le groupe moto-ventilateur sera maximale, mé- me si les conditions de régime du moteur à combustion interne n'exigent pas une telle puissance, mais il est considéré qu'il s'agit là d'un moindre mal dans la mesu- re o la détérioration voire la destruction du moteur à combustion interne peut être évitée. 3. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le circuit de sécurité comporte un second comparateur branché par sa première entrée à une seconde source de référence dont le potentiel correspond à une température plus élevée que celle du potentiel de la première source de référence et par sa deuxième entrée audit point repré- sentant ledit signal de mesure, la sortie de ce compara- teur étant connectée à un élément de signalisation aver- tissant qu'une surchauffe affecte le moteur à combustion interne. Grfce à cette caractéristique, le conducteur du véhicule ou l'utilisateur du moteur à combustion interne peut être averti qu'il y a une panne dans le dispositif de régulation de la température du fluide caloporteur circulant dans le moteur et il peut donc prendre toutes les mesures nécessaires pour remédier à cette panne sans qu'il soit nécessaire d'arrêter le moteur à combustion interne. Dans le cas d'un véhicule automobile, le conduc- teur peut alors poursuivre sa route jusqu'à une station de dépannage. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 est un schéma du circuit de sécurité suivant l'invention utilisé avec un dispositif de régu- lation de la température du fluide caloporteur circulant dans un moteur à combustion interne, le groupe moto-ven- tilateur de ce dispositif étant commandé par tout ou rien; - la Fig.2 illustre l'application du circuit de sécurité suivant l'invention dans un dispositif de régu- lation de température pour un moteur à combustion inter- ne comportant un groupe moto-ventilateur dont le fonc- tionnement est asservi à une température de consigne; - la Fig.3 montre une autre application du cir- cuit de sécurité dans un dispositif de régulation dont 2495'687 le fonctionnement est analogue à celui du dispositif re- présenté sur la Fig.2; - la Fig.4 montre le branchement d'un élément de puissance connecté dans le circuit d'alimentaticn du mo- teur du groupe moto-ventilateur, circuit qui est destiné à être utilisé dans un dispositif de régulation avec le circuit de sécurité suivant l'invention. Dans la description qui va suivre, l'invention sera décrite en application à un dispositif de régulation de la température d'un fluide caloporteur destiné à re- froidir un moteur à combustion interne monté sur un vé.i- cule automobile. Dans ce cas, un fluide caloporteur est amené à circuler dans le moteur en passant par un radia- teur devant lequel est placé un groupe moto-ventilateur dont la vitesse est réglée en fonction des conditions de température du fluide caloporteur. Toutefois, il est à no- ter que l'invention s'applique également à des moteurs à refroidissement par air dans lequel la régulation de la température est obtenue en faisant varier la vitesse du ventilateur qui force l'air à passer autour du moteur. On notera également que l'invention ne se limite pas à l'uti- lisation dans un véhicule automobile, tout type de moteur à combustion interne qu'il soit mobile ou fixe pouvant être pourvu d'un circuit de sécurité suivant l'invention. Ceci posé, la Fig.1 montre que le moteur 1 d'un groupe moto-ventilateur est branché sur les bornes positi- ve et négative d'une batterie 2 qui peut être celle ali- mentant le véhicule automobile. Un contact de-travail 3 est monté en série dans ce circuit. Entre les bornes de la batterie 2 est également relié un circuit série com- posé d'une résistance 4 et d'une thermistance 5, cette dernière constituant un capteur de température qui peut être placé dans le circuit du fluide caloporteur pour en détecter la température et qui dans le cas d'un moteur à refroidissement par air peut détecter directement la température du moteur à combustion interne. Dans le cas représenté, la thermistance présente un coefficient de température négatif. Les bornes de la batterie 2 sont également reliées à un régulateur de tension composé d'une résistance 6 et d'une diode Zener 7 aux bornes de laquel- le apparaît une tension régulée. Celle-ci est appliquée à un diviseur de tension composé de résistances 8 et 9, le point de jonction 10ventre ces deux résistances four- nissant une tension de référence fixant la température maximale du fluide caloporteur'à ne pas dépasser. Le point de jonction 10 est relié à l'entrée inverseuse d'un ampli- ficateur opérationnel Il formant comparateur. L'entrée non inverseuse de cet amplificateur est reliée au point de jonction 12 entre la résistance 4 et la thermistance 5. La sortie du comparateur 11 est reliée à la borne posi- tive du régulateur de tension 6,7 par l'intermédiaire d'une résistance 13 et par l'intermédiaire d'une-résistance -14 à la base-du transistor de commutation 15 dont le circuit émetteur collecteur est relié d'une. part à la borne posi- tive de la batterie 2 et d'autre part à une diode 16.- Celle-ci est connectée par sa cathode--à un point de jonc- tion du montage en parallèle-d-'une diode 17 connectée par son -anode à la masse et d'une bobine-de relais,18 qui est couplée au contact 3 inséré dans le circuit d'alimenta- tion du moteur 1. La partie -du montage que l'on vient de décrire fonctionne comme suit. Lorsque-la température du fluide caloporteur-aug- - mente, la résistance de la thermistance 5 diminue de sorte que le potentiel du point de jonction 12 s'abaisse. Lors- que la valeur de ce potentiel diminue en-dessous de celui fixé sur le point de jonction 10 par les résistances 8 et 9, l'amplificateur il bascule et rend le transistor 15 conducteur de sorte que la bobine de relais 18 est excitée. Il en résulte la fermeture du contact 3 et l'a- limentation du moteur 1. Ce processus se déroule au cours du fonctionne- ment normal de l'ensemble du dispositif de régulation. Cependant, lorsqu'une panne intervient par exemple par un court-circuit de la thermistance 5, le potentiel du point de jonction 12 est ramené à la masse et de ce fait l'amplificateur 11 bascule comme au cours du fonctionne- ment normal du circuit. Dans ce cas, le relais 18 est donc excité en permanence et le moteur 1 entraîne le ventilateur en permanence pour refroidir le fluide calo- porteur. Cependant, dans ce cas de figure, si la tempé- rature s'abaisse au-delà de la valeur de consigne fixée par le potentiel du point de jonction 10, le moteur 1 ne s'arrête pas. Mais, la température excessive du moteur à combustion interne est évitée. Le circuit de sécurité comporte également un di- viseur de tension composé de résistances 19 et 20 bran- chées sur les bornes du régulateur de tension 6,7. Le point de jonction 21 de ces résistances fournit un signal de référence dont le potentiel correspond à une tempéra- ture du moteur plus élevée que celle du potentiel du di- viseur 8 et 9. Ce signal est appliqué à l'entrée inverseu- se d'un second amplificateur opérationnel 22 dont l'entrée non inverseuse est reliée au point de jonction 12 entre la résistance 4 et la thermistance 5. La sortie de l'am- plificateur 22 est reliée par une résistance 23 au régu- lateur de tension 6,7 et également à une résistance 24 elle-même connectée à la base d'un transistor 25 dont le circuit émetteur- collecteur est relié d'une part -à la borne positive de la batterie 2 et d'autre part à une résistance série 26 connectée à un élément de signali- tion 27 qui, dans le cas représenté, est une diode électro- luminescente branchée par ailleurs à la masse. Cette dio- de électroluminescente peut être placée sur le tableau de bord du véhicule. On peut lui adjoindre d'autres élé- ments d'avertissement alimentéségalement par le transis- tor 25 tel qu'un bruiteur ou autre organe analogue. 7.. Ce circuit qui fonctionne de la même façon que le circuit précédemment décrit mais a un point de con- signe plus élevé pour fournir un signal d'avertissement au conducteur du véhicule lorsqu'une température prédé- terminée fixée par le diviseur de tension 19,20 est dé- passée. Ainsi, le conducteur.du véhicule est aussitôt averti d'une surchauffe dans le circuit de refroidisse- ment du moteur de son véhicule. Suivant une variante, il est possible de raccorder le collecteur du transis- tor 25 à la bobine de relais 18 par l'intermédiaire d'une diode 16A(représentée en pointillé). Dans ces con- ditions, en cas de surchauffe du moteur thermique, le moto-ventilateur est branché sur la batterie par l'in- termédiaire du contact 3. Cette variante permet ainsi de protéger le moteur thermique même en cas de défail- lance du circuit précédemment décrit ( comparateur 11 et transistor 15)ou d'un autre élément du circuit et ce, mé- me si le conducteur du véhicule tarde à réagir lorsque la diode 27 s'allume. Le circuit de sécurité comporte également un troisième diviseur de tension composé de résistances 28 et 29 connectées entre la masse et le régulateur de ten- sion 6,7. Le point de jonction 30 de ce diviseur de ten- sion est relié à l'entrée non inverseuse d'un amplifica- teur opérationnel 31 dont l'entrée inverseuse est reliée au point de jonction 12 entre la résistance 4 et la ther- mistance 5. L'amplificateur opérationnel 31 qui fonction- ne également comme un comparateur est relié au régulateur de tension 6,7 par une résistance 32 et par une résistan- ce 33 à un transistor de commande 34 dont le circuit émet- teur collecteur est relié d'une part à la borne positive de la batterie 2 et d'autre part à une diode 35 dont la cathode est reliée à l'une des extrémités de la bobine de relais 18. Cette partie du circuit de sécurité a pour fonc- tion d'assurer l'excitation du relais 18 et donc le fonc- tionnement permanent du moteur 1 du groupe moto-ventila- teur lorsque la thermistance vient à être déconnectée du circuit. En effet, lorsque cela se produit, le potentiel du point de jonction 12 s'élève brusquement de sorte que l'amplificateur 21 bascule rendant conducteur le tran- sistor 34 qui peut ainsi exciter la bobine du relais 18. On voit donc que le moteur à combustion interne est refroidi, que la thermistance 5 soitmise en court- circuit ou déconnectée du montage. On va se référer maintenant à la Fig.2 qui repré- sente un dispositif derégulation pouvant avantageusement être utilisé avec le circuit de sécurité que l'on vient de décrire à propos de la Fig.l. Le montage de ce dispo- sitif de régulation est une version simplifiée de celui qui est décrit dans la demande de brevet français n' 13 299 déposée le 16 Juin 1980 au nom de-la Demande-- - resse. Toutefois, pour plus de clarté, on décrira mainte- nant brièvement ce montage et l'incidence qu'a sur lui le circuit de sécurité suivant l'invention. Sur le Fig.2, on reconnaît le moteur 1 du groupe moto-ventilateur et la batterie 2 du véhicule. Par ail- leurs, on a représenté la bobine de relais 18 ainsi que son contact de travail 3, ces éléments étant connectés de la même façon que sur la Fig.1 en ce qui concerne le circuit de sécurité. Le dispositif de régulation de la Fig.2 coopère avec une thermistance 5 à coefficient de température né- gatif et cette thermistance est reliée entre le pôle négatif de -la batterie 2 et une résistance 36 formant avec elle un diviseur de tension qui reçoit son alimenta- tion à partir d'un régulateur de tension composé d'une résistance 37 et d'une diode Zener 38 et dont le point de jonction 39 reflète la température du fluide calopor- teur circulant dans le moteur à combustion interne. 9. Ce point de jonction remplace le point 12 de la Fig.1, le circuit de sécurité y prélevant son information de température. Ce point de jonction 39 est relié également à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 40 fonctionnant en comparateur dont l'entrée non inverseu- se est reliée à un point de jonction de référence 41 pré- vu entre deux résistances 42 et 43 branchées aux bornes du régulateur de tension 37,38. La sortie du comparateur 40 est reliée à l'entrée non inverseuse d'un autre ampli- ficateur-opérationnel 44 décrit par la suite. L'amplificateur opérationnel 40 est pourvu d'un circuit de contreréaction composé d'une résistance 45, d'une diode 46 et d'un potentiomêtre 47. Le dispositif de régulation comporte également un oscillateur 48 de signaux triangulaires dont la sortie 49 est reliée à l'entrée inverseusé de l'amplificateur opérationnel 44 qui compare la tension triangulaire de sortie de l'oscillateur 48 avec la sortie de l'amplifica- teur opérationnel 40 pour-fournir à sa sortie un signal impulsionnel -dont le rapport cyclique reflète le poten- tiel du point de jonction 39 et donc la température du fluide caloporteur. La sortie de cet amplificateur 44 est reliée par une résistance 50 à un circuit de puissance compor- tant un transistor 51 à travers lequel est alimenté le moteur 1 du groupe moto-ventilateur. On a décrit dans la demande de brevet précitée qu'en fonctionnement normal du dispositif de régulation, le rapport cyclique des impulsions appliquées à la base du transistor 51 par l'intermédiaire de la résistance 50 croit avec la température du fluide caloporteur détectée par la thermistance-5 et provoque une rotation à vitesse progressive du moteur jusqu'à la pleine conduction du transistor de puissance 51. Grâce à l'association du circuit de sécurité de la Fig.1 avec le dispositif de régulation de la Fig.2, il est possible de choisir pour le rapport cyclique maxi- mal pouvant être fourni par le signal impulsionnel de l'amplificateur 44, une valeur qui est légèrement infé- rieure à 100%, de sorte qu'en régime normal, le moteur 1 ne fonctionnera pas à pleine vitesse sous la commande du dispositif de régulation, mais sous la commande du circuit de sécurité dont la température de consigne (point de jonc- tion 10 de la Fig.1) peut être choisie à une valeur cor- respondant à la température la plus élevée que le moteur - thermique peut atteindre sans détérioration. Ainsi, la vi- tesse maximale n'est atteinte que lorsque la bobine 18 est excitée et le contact 3 fermé et elle est supérieure à la vitesse maximale que l'on peut obtenir avec le cir- cuit décrit dans la demande de brevet précité car la chu- te de tension dans le transistor de puissance alimentant le moteur est supprimée par le montage suivant la présen- te demande. Cette chute de tension-peut être de 1,5 volts pour un transistor fonctionnant avec une intensité de 30 ampères. Il en résulte que grâce à l'invention, on amélio- re le rendement global du dispositif de régulation car on peut supprimer la perte de puissance inhérent au tran- sistor de puissance (1,5 x 30 = 45 Watts dans l'exemple choisi). Le montage de l'invention supprime-également * l'échauffement de l'organe de puissance à pleine conduc- tion et permet de réduire la taille du radiateur qui est associé à ce transistor de puissance. L'association du circuit de sécurité et du dispo- sitif de régulation tel que décrit ci-dessus permet d'obtenir également les avantages suivants sur le plan de la sécurité. Le moteur d'entraînement 1 est alimenté à sa puis- sance maximale pour assurer un refroidissement maximal du fluide caloporteur lorsque celui-ci atteint la tempé- rature considérée comme dangereuse pour le moteur à com- bustion interne. 11. Lorsque l'étage de puissance comportant le tran- sistor 51 est défaillant le moteur 1 fonctionne à plein régime et assure la protection du moteur à combustion in- terne. La Fig.3 montre une variante du dispositif de régulation dans laquelle les fonctions des amplifica- teurs opérationnels 40,44 et 48 de la Fig.2 sont réalisées à l'aide d'un circuit intégré 53. Ce dernier peut être le circuit intégré disponible dans le commerce sous la dési- gnation L121 AB. Ce circuit comporte seize bornes. La borne 6 délivre une tension régulée constante. La thermistance 5 est reliée en série avec une résistance 54 pour constituer un pont diviseur dans le- quel le point de jonction 55 fournit un signal qui repré- sente la température mesurée du fluide caloporteur. Le circuit de sécurité reçoit de ce point 55 l'information de température du fluide caloporteur. Le point de jonction 55 est relié à la borne 3 du circuit intégré 54 par-l'intermêdiaire d'une résistan- ce 56. La borne 5 du circuit intégré est reliée à un di- viseur de tension composé des résistances 57 et d'une par- tie prédéterminée d'un potentiomètre 58 pour fournir au circuit intégré la tension de référence qui est coeparée a la tension de mesure appliquée sur la borne 3 à travers la ré- sistance 56. Le circuit intégré 53 permet également d'engen- drer une tension triangulaire dont les caractéristiques peuvent être déterminées par un condensateur 59 et une résistance 60 qui fixeégalement la pente de la variation de l'énergie du signal de commande disponible sur la bor- ne 7 du circuit intégré, signal de commande qui est cons- titué par un train d'impulsions à rapport cyclique varia- ble en fonction de la comparaison effectuée entre le si- gnal de référence appliqué à la borne 5 et dit signal de mesure appliqué à la borne 3. La résistance 60 et une diode 61 raccordées entre les bornes 2 et 5 du circuit intégré sont destinées à introduire un hystérésis au niveau du comparateur de tension interne à ce circuit intégré et dont les entrées sont les bornes 3 et 5. Cet hystérésis peut être ajusté à l'aide d'un potentiomètre 62. Le signal de sortie du circuit intégré apparais- sant sur la borne 7 est appliqué à un étage de puissance 63 composé de deux transistors en montage de Darlington. Le transistor de puissance 64 de cet étage est shunté par le contact 3 commandé par la bobine de relais 18 du circuit de sécurité. Le transistor de puissance alimentant le moteur 1 est de préférence un transistor MOS qui est avantageu- sement monté selon la Fig.4 dans le circuit du moteur 1. Ce montage présente l'avantage de pouvoir être directe- ment attaqué par le signal de mesure provenant du circuit intégré. Il comporte un transistor MOS 65 dont la grille est reliée à la borne 7 du circuit intégré 53 de la Fig.3 par l'intermédiaire d'une résistance 66, cette grille étant également reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 67 et d'une diode Zener 68. Ce dernier composant assure la protection du transistor MOS dont l'avantage particulier est de ne pas nécessiter un tran- sistor de pré-amplification. Au contraire, la résistance 66 peut être connectée directement à la borne 7 du cir- cuit intégré 53 de la Fig.3. Il est à noter que la bobine de relais 18 peut être pourvue d'un contact d'auto-excitation selon un mon- tage bien connu, dans le cas des Fig.2 et 3 pour rester excitée après la détection d'une panne par le circuit de sécurité. REVENDICATIONS 1. Circuit de sécurité pour un dispositif de ré- gulation de la température du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comportant au moins un groupe motoventilateur qui est associé au circuit du fluide caloporteur de refroidissement du mo- teur et dont l'alimentation est fonction d'un signal de mesure de température fourni par un capteur monté dans ledit circuit du fluide caloporteur, ledit circuit de sécurité étant caractérisé en ce qu'il comporte une sour- ce de référence (8,9) et un comparateur (11) connecté par l'une de ses entrées à cette source et par l'autre de ses entrées à un point (12;39;55) représentant ledit signal de mesure, ledit comparateur étant connecté par sa sortie à un organe de commutation électromagnétique (18) dont un contact mobile (3) est branché dans le circuit du mo- teur (1) du groupe moto-ventilateur de.telle manière qu'il connecte ce moteur directement-à la source d'alimentation (2) lorsque la température du fluide caloporteur atteint une valeur prédéterminée jugée excessive, par exemple par la défaillance d'un élément-quelconque du dispositif de régulation. 2. Circuit de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un second comparateur (22) branché par sa première entrée à une seconde source de référence (19,20) dont le potentiel correspond à- une température plus élevée que celle du potentiel de la pre- mière-source de référence et par sa deuxième entrée audit point (12;39;55) représentant ledit signal de mesure, la sortie de ce comparateur étant connectée à-un élément de signalisation (27) avertissant d'une surchauffe-du Mo- teur à combustion interne. 3. Circuit de sécurité suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second comparateur (22) est également relié par sa sortie à l'organe de commuta- électromagnétique (18) pour alimenter le moteur (1) du groupe motoventilateur en cas de surchauffe du moteur à combustion interne. 4. Circuit de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il compor- te un troisième comparateur (31) dont une première entrée est reliée à une source de référence (28,29) et dont la seconde entrée est connectée audit point (12;39;55) repré- sentant le signal de mesure et en ce que la sortie de ce comparateur est connectée audit organe de commutation élec- tromiagnétique (18) pour'exciter celui-ci en cas de ruptu- re du circuit électrique dudit capteur de température (5). 5. Circuit de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le con- tact mobile (3) de l'organe de commutation électromagnéti- que (18) est branché en série dans le circuit du moteur (1) du groupe moto-ventilateur. 6. Circuit de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le con- tact mobile (3) est branché en parallèle sur le circuit de puissance-d'un élément-de commutation semi-conducteur (51;64;65) branché en série dans le circuit-du moteur (1) du groupe moto-ventilateur. 7. Circuit de sécurité suivant la revendication. 6, caractérisé en ce que ledit élément de commutation semi-conducteur (65) est un transistor de type MOS. 8. Dispositif de-régulation de la température du fluide caloporteur d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7.