Brevet FR2541198A1 — publié le 19840824

l 2541198 L'invention se rapporte à un dispositif de régu- lation du chauffage d'un véhicule automobile, comprenant un échangeur de chaleur, un organe de manoeuvre servant à commander la chaleur cédée par l'échangeur de chaleur, un appareil de réglage électrique servant à commander l'organe de manoeuvre, qui comprend un capteur de tempé- rature de l'habitacle, un capteur de température affecté à l'air chaud acheminé, un émetteur de valeur de consi- gne, et une unité de comparaison qui est constituée par un amplificateur opérationnel à l'entrée inverseuse du- quel les deux capteurs de température et l'émetteur de valeur de consigne sont connectés. Dans un dispositif de ce genre qui est déjà con- nu (voir par exemple la demande de brevet de la R F A. publiée sous le N O 28 49 275), le capteur de température affecté à l'air chaud acheminé est constitué par un cap- teur d'échangeur de chaleur et il est connecté à l'en- trée inverseuse de l'amplificateur opérationnel à tra- vers un condensateur de couplage On cherche à obtenir par ce moyen que, la température de l'échangeur de cha- leur, considérée statiquement, n'exerce aucune influence sur le régulateur et que le capteur de l'échangeur de chaleur soit uniquement couplé dynamiquement Ceci appor- te certes d'es avantages comparativement à un autre dispo- sitif du même genre destiné à la régulation du chauffage d'un véhicule automobile (demande de brevet de la R F A. publiée sous le né 25 31 015) dans lequel on cherche à résoudre les problèmes d'un émetteur de valeur réelle double grâce à une évaluation différenciée des effets du capteur de température de l'habitacle et du capteur de l'échangeur de chaleur Toutefois, cette solution présen- te également des inconvénients, parce que, par exemple, seuls les phénomènes dynamiques très rapides peuvent être saisis dans une mesure correcte et parce qu'avec ce dispositif, on ne dispose pas de certaines autres possi- bilités de correction. 2 2541198 L'invention a au contraire pour but de perfec- tionner un dispositif du genre cité au début de manière à assurer, en particulier par une simple modification des dimensions de quelques composants, la possibilité d'adapter facilement le dispositif à différents souhaits en ce qui concerne l'allure de la température, à diffé- rentes constructions de l'habitacle des véhicules automo- biles et, également aux différences de construction de l'installation de chauffage elle-même, par exemple aux installations réglées par action sur l'air ou par action sur l'eau A cet effet, le dispositif cité au début est caractérisé en ce que le capteur de température affecté à l'air chaud acheminé est connecté en supplément à l'en- trée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel Le capteur de température est de préférence connecté à l'en- trée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel à travers une résistance, laquelle est connectée à travers une résistance supplémentaire, au point de jonction de deux résistances qui forment un diviseur de tension con- necté à la tension du réseau de bord et est connectée par ailleurs à un pôle de la tension du réseau de bord à travers un condensateur Les effets antagonistes de la connexion du capteur de température affecté à l'air chaud acheminé à l'entrée inverseuse et-à l'entrée non inverseuse du comparateur-permettent de donner aux compo- sants, selon le besoin, des valeurs telles que les varia- tions des conditions de marche du véhicule automobile ou d'autres influences exercées sur le dispositif régula- teur, par exemple, le rayonnement solaire, la pluie, un démarrage brusque ou équivalent puissent être compensés de la façon voulue. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la-descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé, qui représente un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif réalisé conformé- ment à l'invention. Un capteur de température d'habitacle FI est connecté à travers une résistance Rl à l'entrée inverseu- se d'un amplificateur opérationnel O Pi De son côté, le capteur de température FHL affecté à l'air chaud achemi- né est également connecté à l'entrée inverseuse de l'am- plificateur opérationnel OP 1, à travers une résistance R 2 Par ailleurs, l'émetteur de valeur de consigne cons- titué par le potentiomètre Pl est également connecté à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel O Pl à travers des résistances R 3 et R 4 Le point de jonction entre les résistances R 3 et R 4 est connecté au pôle néga- tif de la tension du réseau de bord à travers un conden- sateur Cl, ce qui sert à temporiser l'action d'une modi- fication de la valeur de consigne, et à éviter ainsi un à coup de régulation brutal. Les deux capteurs FI et FHL sont connectés, d'une part, au pôle négatif de la tension du réseau de bord et, d'autre part, à travers des résistances R 5 et R 6 respectivement, au pôle positif de la tension du ré- seau de bord Le potentiomètre Pl est également connecté aux deux pôles de la tension du réseau de bord Deux au- tres résistances R 7 et R 8 constituant un diviseur de ten- sion sont connectées entre les deux pâles de la tension du réseau de bord, le point de jonction VP de ces résis- tances étant connecté à travers une résistance 9 à l'en- trée non inverseuse de -l'amplificateur opérationnel OP 1. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel est donc ainsi maintenue à un potentiel de tension déter- miné. En supplément, l'entrée non inverseuse de l'am- plificateur opérationnel O Pl et le capteur de températu- re affecté à l'air chaud acheminé FHL sont connectés l'un à l'autre à travers une résistance Rl O Par ail- leurs, l'entrée non inverseuse est encore connectée-au pôle négatif de la tension du réseau de bord à travers 4 2541198 un condensateur C 2 Le capteur de température FHL peut donc agir sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel O Pl à travers la résistance R 10 tandis qu'il peut agir sur l'entrée inverseuse à travers la ré- sistance R 2. Entre le pôle positif et le pôle négatif de la tension du réseau de bord, se trouvent encore une résis- tance R Ul et un condensateur C 3 connectés en série et au point de jonction desquels est connectée la base d'un transistor Tl qui peut court-circuiter la résistance R 9. Par ailleurs, un -autre condensateur C 4 est connecté en- tre l'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur opérationnel OP 1 Il sert à abaisser la tension parasi- te. Le mode d'action du circuit décrit est le sui- vant Normalement, le condensateur C 2 est chargé à une valeur déterminée, qui est essentiellement donnée par le réseau R 6, R 7, R 8, R 9 et R 10 Ceci signifie que l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel O Pl est maintenue à la valeur qui est déterminée par cet- te charge L'entrée inverseuse de l'amplificateur opéra- tionnel O Pl est au contraire influencée par les actions du capteur de température d'habitacle FI et de l'émet- teur de valeur de consigne Pl, qui s'exercent l'une en sens inverse de l'autre et, de cette façon, il en est de même pour la sortie de l'amplificateur opérationnel OP 1, qui agit sur l'organe de manoeuvre, par exemple par l Vin- termédiaire d'un amplificateur et/ou d'organes de trans- formation Selon ces considérations, le régulateur est donc uniquement influencé par le capteur de température d'habitacle et par l'émetteur de valeur de consigne. On peut calculer les résistances R 2 et R 10, en coopération avec la résistance fluences du capteur affecté à l'air chaud acheminé FHL aux entrées inverseuse et non inverseuse s'annulent mu- 2541198 tuellement, et que le modèle de principe qui vient d'être décrit agisse également en pratique, c'est-à-dire de manière que la régulation de la température de l'habi- tacle soit effectivement uniquement déterminée par le capteur de température d'habitacle et par l'émetteur de valeur de consigne. Toutefois, ceci n'est valable que pour les phé- nomènes très lents, c'est-à-dire pour les phénomènes de l'ordre de grandeur de la minute ou de l'heure, dans les- quels la charge du condensateur C 2 peut suivre l'influen- ce exercée par l'intermédiaire du capteur de température FHL et o, en conséquence, les effets sur R 2 et R 10 se compensent mutuellement Au contraire, dans le cas de phénomènes très rapides, comme, par exemple, dans le cas de la vague de chaleur bien connue, qui se produit au mo- ment du démarrage après un bref arrêt, par exemple, un arrêt à un feu rouge, la charge du condensateur C 2 ne peut pas suivre ces phénomènes rapides, par exemple de l'ordre de la seconde ou de quelques fractions de secon- de et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opéra- tionnel O Pl est donc fixée, c'est-à-dire que l'influence exercée par le capteur de température FHL par l'intermé- diaire de R 10 est supprimée. Au contraire, l'influence du capteur de tempéra- ture FHL, qui, autrement, serait compensée, et qui s'exerce par l'intermédiaire de la résistance R 2 sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel O Pl entre entièrement en action et neutralise aussitôt cette vague de chaleur dans le sens désiré Si ce n'était pas le cas, la vague de chaleur ne se ferait sentir dans l'habitacle et,Var conséquent, sur le capteur de tempéra- ture d'habitacle qu'au moment o elle serait déjà ressen- tie désagréablement par les occupants du véhicule. Le dispositif construit conformément à l'inven- tion assure donc une régulation dans le sens désiré, c'est-à-dire que, dans le cas de phénomènes lents, il ef- 6 2541198 fectue la régulation de la même façon que si le capteur de température FHL était désaccouplé et que si le cap- teur de température d'habitacle FI était seul détermi- nant tandis que, en présence de phénomènes rapides, qui se manifesteraient sous la forme d'une gêne, il met en jeu dans la mesure désirée, et pour ainsi dire avec anti- cipation, le capteur de température affecté à l'air chaud acheminé Cette mesure désirée se décale maintenant très nettement en faveur du capteur FHL qui, au contraire, doit voir son action supprimée dans les installations dé- jà connues. Dans le cas de phénomènes qui se produisent avec une allure moyenne, ni lente ni rapide, le charge- ment du condensateur C n'accompagnera l'action du cap- teur de température FHL que dans une mesure plus faible et, par suite, ce n'est également que dans cette mesure plus faible qu'il exercera sur l'entrée non inverseuse un effet antagoniste à l'action que le capteur de tempé- rature FHL exerce sur l'entrée inverseuse à travers la résistance R 2 Ceci agit également dans le sens de régu- lation désiré pour le confort des passagers du véhicule automobile. Au total, le dispositif selon l'invention, agit à la façon d'un régulateur PD réel Les phénomènes lents comme, par exemple, la variation de la température extérieure ou équivalent, ne sont pris encompte que par l'intermédiaire du capteur de température d'habitacle FI tandis que les phénomènes rapides, qui sont essentielle- ment à imputer à l'échangeur de chaleur, sont rapidement compensés par la régulation, *et à savoir avec une très faible oscillation Il ne se produit pas dans ce cas de décalage de l'échelle de réglage comme dans le cas d'un régulateur P pur équipé de deux émetteurs de valeur réel- le Il n'est pas nécessaire de procéder à une correction de l'émetteur de valeur de consigne, même sur de longs trajets. Un fait décisif consiste dans le fait qu'on peut choisir pratiquement librement le rapport des ac- tions du capteur de température d'habitacle FI et du cap- teur de température FHL sensiblement en agissant sur les résistances Rl et R 2 puisque les effets faussants du cap- teur de température FHL peuvent être à nouveau compensés par l'intermédiaire du deuxième couplage réalisé à tra- vers Rl O Inversement, on a également la possibilité d'obtenir directement, par le dimensionnement de R 9 et Rl O, que l'action du capteur de température FHL agisse plus fortement, ainsi qu'on le souhaite, sur l'effet to- tal-des deux capteurs de température, ce qui peut ser- vir, par exemple, à relever la température de l'habita- cle lorsque la température extérieure décroît, sans avoir à procéder à une correction sur l'émetteur de va- leur de consigne Pl Ceci est fréquemment ressenti comme physiologiquement plus agréable par les occupants du vé- hicule Normalement, ceci exige un capteur de températu- re extérieure tandis que, dans le cas du dispositif se- lon l'invention, ce résultat peut être atteint par un au- tre dimensionnement de la résistance Rl O, L'avantage essentiel du dispositif selon l'in- vention consiste dans sa possibilité de s'adapter facile- ment à une diversité de souhaits et de circonstances. Les installations de chauffage pour véhicules automobi- les comportant l'utilisation d'un échangeur de chaleur qui utilise la chaleur perdue du moteur pour le chauffa- ge de l'habitacle du véhicule sont essentiellement clas- sées en installations à régulation par action sur l'eau et à régulation par action sur l'air, c'est-à-dire que, en installations dans lesquelles, dans le premier cas, l'eau de refroidissement chauffée est commandée par un organe de manoeuvre, par exemple par déplacement con- tinu ou par action par impulsions, sous la forme d'un ré- gulateur à deux points, tandis que le flux d'air suit d'autres lois, par exemple, la pression dynamique pen- dant la marche, ou l'étage enclenché du ventilateur, tan- dis que, dans le deuxième cas, l'eau de refroidissement chauffée qui traverse l'échangeur de chaleur est laissée inchangée et on détermine, au moyen d'un organe de ma- noeuvre, un rapport de mélange différent entre l'air froid acheminé et l'air chauffé par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur Dans les deux cas, le capteur de température FHL affecté à l'air chaud acheminé présente des résultats de mesure différents qui proviennent, non seulement de son point de montage mais, également, en particulier, des différences de vitesse de réponse et d'oscillation entre les installations à régulation par action sur l'eau et celles à régulation par action sur l'air L'invention apporte ici une facilité d'adaptation de l'action du capteur de température FHL à la régula- tion en ce sens qu'on n'a pratiquement à réaliser qu'une modification des trois composants constitués par les ré- sistances R 9 et R 10 et le condensateur C 2 On peut voir dans cette adaptation facile à différentes conditions un avantage particulier de l'invention. La possibilité de court-circuiter la résistance R 9 assure une nouvelle amélioration du confort apporté par le dispositif En parallèle avec cette résistance, se trouve le transistor Tl qui, dans l'exemple de réali- sation, est un transistor PNP dont la base est connectée au point de jonction entre la résistance R Ul et le con- densateur C 3 Les processus de réglage décrits plus haut se déroulent sans perturbation dans le cas normal, o il est supposé tacitement que, soit le condensateur C 2 est déchargé, soit on est en présence d'une situation de dé- marrage dans laquelle le moteur, non encore échauffé, ne fournit pas de chaleur à l'échangeur de chaleur et o, par conséquent, le condensateur C 2 a le temps de se char- ger avant d'intervenir dans le sens désiré dans les pro- cessus de régulation. Toutefois, il peut se présenter une situation dans laquelle, après un arrêt de faible durée, pendant lequel le moteur du véhicule a été mis à l'arrêt, il res- te encore une quantité de chaleur suffisante-dans l'é- changeur de chaleur mais o le condensateur C 2 s'est dé- chargé entre temps, par exemple parce que le dispositif de commande du chauffage a été mis hors circuit simulta- nément avec l'arrêt du moteur du véhicule automobile, parce qu'il est connecté au commutateur d'allumage dans ce sens La contre-mesure la plus simple consisterait à laisser constamment sous tension au moins la partie élec- tronique du dispositif qui est affectée à la commande du chauffage, de manière que cette partie soit toujours pré- -te pour la régulation Toutefois, cette mesure est indé- sirable pour des raisons bien connues telles que, par exemple, le fait que l'accumulateur se déchargerait au cours de périodes d'arrêt prolongées. Si l'on renonce à la mesure décrite ci-dessus et si le circuit représenté sur le dessin est mis hors circuit simultanément avec l'arrêt du moteur à chaque ar- rêt du véhicule, il pourrait se présenter une perturba- tion résultant de la décharge du condensateur C 2, en ce sens que, en raison du fait que l'échangeur de chaleur est encore chaud, l'appareil de réglage introduirait dans l'habitacle du véhicule une quantité de chaleur su- périeure à celle qui est nécessaire et o, par consé- quent, la température s'élèverait désagréablement Dans ce cas, l'attaque du transistor Tl à travers la résistan- ce Rll et le condensateur C 3 agit et intervient en sens inverse de ce processus, de sorte que la perturbation ne se produit pas En raison du chargement du condensateur C 3 produit pendant la marche, cette contrecommande, qui n'est nécessaire que pendant un temps bref, est éliminée et elle n'intervient pas dans l'activité de régulation normale Naturellement, il est possible d'apporter au circuit décrit plus haut différentes variantes qui ne sortent pas du principe de l'invention C'est ainsi que, par exemple, il existe la possibilité de prévoir, en rem- placement du condensateur C 2 qui est connecté au pôle né- gatif du réseau de bord du véhicule, un autre condensa- teur qui est connecté au pôle positif du réseau de bord et qui, de cette façon, détermine également un maintien du potentiel à l'entrée non inverseuse de l'amplifica- teur opérationnel OP 1 Egalement dans ce cas, les compo- sants Tl, Rll et C 3 peuvent être supprimés. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de régulation du chauffage d'un véhicule automobile comprenant un échangeur det-chaleur, un organe de manoeuvre servant à commander la chaleur cé- dée par l'échangeur de chaleur, un appareil de réglage électrique servant à commander l'organe de manoeuvre, qui comprend un capteur de température d'habitacle, un capteur de température affecté à l'air chaud acheminé, un émetteur de valeur de consigne et une unité de compa- raison qui est constituée par un amplificateur opération- nel à l'entrée inverseuse duquel les deux capteurs de température et l'émetteur de valeur de consigne sont con- nectés, caractérisé en ce que le capteur de température affecté à l'air chaud acheminé (FHL) est connecté en sup- plément à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opé- rationnel (O Pl). 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le capteur de température (FHL) est con- necté à travers une résistance (R 10) à l'entrée non in- verseuse (+) de l'amplificateur opérationnel (OPI) la- quelle est elle-même connectée à travers une résistance supplémentaire (R 9) au point de jonction (VP) de deux ré- sistances (R 7, R 8) qui forment un diviseur de tension connecté à la tension du réseau de bord, et est connec- tée par ailleurs à un pâle de la tension du réseau de bord à travers un condensateur (C 2). 3 Dispositif selon la revendication 1, carac térisé en ce que le capteur de température d'habitacle (Fl) et le capteur de température affecté à l'air chaud acheminé (FHL) sont connectés à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (OP 1), chacun à travers une résistance (Rl ou R 2 respectivement) 4 Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le condensateur (C 2) est connecté au pô- le négatif de la tension du réseau de bord, et en ce qu'il est prévu, connecté en parallèle avec la résistan- ce (R 9), un transistor (Tl) dont la base est connectée au point de jonction entre une résistance (Rll) connec- tée au pâle positif de la tension du réseau de bord et un condensateur (C 3) connecté au-pôle négatif de la ten- sion du réseau de bord.