Brevet FR2793842A1 — publié le 20001124

Dispositif électronique de régulation du refroidissement d'un moteur thermigue de véhicule automobile L'invention concerne les moteurs thermiques des véhicules automobiles, et plus particulièrement le dispositif de refroidissement de ces moteurs. Dans les véhicules actuels, à moteur thermique, le dispositif de refroidissement comprend un circuit de refroidissement qui est couplé à une pompe à f luide à débit variable et qui traverse la culasse du moteur thermique. La pompe à f luide est entraînée de f açon mécanique par le vilebrequin du moteur. Le débit de la pompe dépend donc directement du régime du moteur. Il en résulte que l'énergie qui est prélevée par la pompe sur l'arbre moteur n'est pas optimisée. En fait, cette énergie est généralement très supérieure aux besoins. Dans de tels cas, d'une part, on consomme inutilement de l'énergie du moteur, d'où une sur consommation de carburant, et d'autre part, on sur-refroidit le moteur, et notamment l'huile de son circuit d'huile, d'où une augmentation des frottements et par conséquent une baisse du rendement du moteur. La présente invention a pour but de remédier à l'inconvénient précité. L'invention propose à cet effet un dispositif du type décrit ci-avant, dans lequel, d'une part, la pompe fait varier le débit du fluide à injecter dans le moteur en fonction de la valeur d'un signal, et d'autre part, on prévoit des moyens de commande (tel qu'un microprocesseur ou un ASIC) capables de calculer un débit optimal pour la pompe, juste nécessaire au moteur pour se refroidir, en fonction du régime et de la charge, en cours, du moteur, reçus de moyens de mesure, puis de délivrer à cette pompe un signal d'une valeur représenta tive du débit optimal calculé. Le débit calculé par les moyens de commande est ainsi le débit minimal dont a besoin le moteur pour se refroidir à l'instant du calcul, c'est-à-dire compte tenu de son point de fonctionnement en cours (régime et charge). On peut ainsi réguler de façon optimisée le débit de la pompe, et par conséquent le refroidissement du moteur, de sorte que le rendement du moteur soit maximal et que sa consommation soit minimale. Le dispositif selon l'invention pourra comprendre d'autres caractéristiques complémentaires pouvant être prises séparé ment ou en combinaison, et notamment - le signal adressé par les moyens de commande à la pompe est de préférence un signal électrique choisi parmi une tension et un courant; mais, bien entendu, il pourrait s'agir d'un signal optique ou de données contenues dans une onde radio; - dans les véhicules comportant des moyens pour mesurer la température du fluide de refroidissement en un endroit choisi du circuit de refroidissement, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une première correction du débit optimal en fonction de la température du fluide mesurée; cette première correction pouvant être calculée en fonction, en outre, de la charge du moteur reçu (mesurée); - lorsque le circuit de refroidissement alimente en sortie du moteur une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation de l'habitacle du véhicule, à paramètres aérothermiques réglables, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une seconde correction du débit optimal en fonction des paramètres aérothermiques de l'ins tallation; cette seconde correction pouvant n'être prise en compte que si certaines conditions sont réunies, par exemple lorsque la température du fluide mesurée est supérieure à un seuil choisi; - lorsque le moteur est couplé à au moins un système thermi que additionnel à paramètres thermiques variables, en particulier choisi parmi un circuit à circulation d'huile et un alternateur, les moyens de commande pourront être agencés pour calculer une troisième correction du débit optimal en fonction des paramètres thermiques du système thermique, par exemple la température de l'huile moteur; - les moyens de commande pourront être agencés pour qu'en cas d'arrêt du moteur, ils puissent déterminer, d'une part, un débit optimal d'arrêt en fonction de la dernière valeur du débit optimal et/ou de l'une au moins des températures choisies parmi la température de fluide mesurée, la tempéra ture du système thermique, et une température d'air mesurée à l'extérieur de l'habitacle, et d'autre part, une durée de fonctionnement de la pompe avec ce débit optimal d'arrêt; - les moyens de commande pourront comprendre des moyens de filtrage capables de comparer le débit optimal à un débit seuil afin que le signal délivré à la pompe possède une valeur représentative de ce débit seuil, lorsque le débit optimal est supérieur au débit seuil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 est un schéma illustrant un moteur thermique couplé à une installation de chauffage d'un habitacle de véhicule ainsi qu'à un dispositif de refroidissement selon l'invention ; et - la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant les moyens de commande d'un dispositif selon invention. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, il est question d'un véhicule automobile comportant un habitacle, dont l'aérothermie est gérée par une installation de chauffa ge, et un moteur thermique refroidi par un circuit de refroidissement de fluide. on se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un dispositif de refroidissement selon l'invention. La description qui va suivre se fait en relation avec un moteur chaud. Un tel dispositif de refroidissement comprend tout d'abord un circuit de refroidissement 1 comportant des conduits 2 dans lesquels circule un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau glycolée, et qui alimentent un radiateur de refroidis sement 3 balayé par un flux d'air résultant soit du déplace ment du véhicule, soit du fonctionnement d'un groupe moto- ventilateur GMV. Une partie du circuit de refroidissement 1 pénètre dans la culasse du moteur thermique 4 du véhicule pour permettre son refroidissement. Le circuit 1 comporte, par ailleurs, une pompe à fluide 5 dont le débit peut être varié de manière à permettre la gestion du débit du fluide de refroidissement injecté dans la culasse du moteur 4. Le circuit de refroidissement 1 comporte également, de préférence, un thermostat piloté 9. Enfin, dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, le circuit de refroidissement 1 est couplé à l'installa tion de chauffage 6 de l'habitacle. Cette installation de chauffage 6 comporte, notamment, un radiateur de chauffage 7 alimenté en fluide par des conduits montés en dérivation sur le circuit de refroidissement 1. Le débit de la pompe à fluide 5 est géré à l'aide d'un signal fourni par un module de commande 10 qui peut être réalisé, par exemple, sous la forme d'un microprocesseur, ou d'un ASIC. Il s'agit en fait d'un calculateur qui en fonction de paramètres qui vont être précisés ci-après détermine la valeur du débit minimal (appelé débit optimal) juste néces saire au moteur pour se refroidir en regard de son point de fonctionnement en cours. on entend ici par point de fonctionnement du moteur, d'une part son régime (représenté par la variable Nmot) et, d'autre part, sa charge (représentée par la variable Cmot). Pour qu'un moteur fonctionne selon son rendement maximal, il doit être à une température fonction de son point de fonc tionnement, et par conséquent de son régime et de sa charge. Si la température est trop basse, la température du circuit d'huile qui alimente le moteur n'est pas optimale, si bien que la fluidité de l'huile ne permet pas au moteur de fonc tionner à plein rendement. De plus, cela contribue à user plus rapidement les pièces du moteur. De plus, si le moteur ne travaille pas à plein rendement, il fait une surconsomma tion de carburant. on se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire un mode de réalisation préférentielle d'un module de commande 10 selon l'invention. Dans son mode de réalisation le plus fondamental (qui ne correspond qu'à la partie supérieure de la figure 2), le module de commande 10, selon l'invention, reçoit d'un premier module de mesure 11 deux valeurs représentatives de la charge du moteur Cmot et de son régime Nmot, en cours. Le module de commande 10 comprend de premiers moyens de calcul 13 agencés pour calculer le débit optimal de la pompe 5 qui va suffire au refroidissement du moteur 4. Pour ce faire, les moyens de calcul 13 peuvent être agencés de manière à calculer la valeur d'une fonction représentative du débit optimal de la pompe et dont les variables sont le régime et la charge du moteur. Dans une variante, les moyens de calcul 13 peuvent comporter une table de correspondance dans laquelle se trouve mémorisée une multiplicité de couples de valeurs de régime et de charge moteur en correspondance de valeurs du débit optimal de la pompe 5. De la sorte, lorsque le module de commande 10 reçoit les valeurs en cours de la charge et du régime moteur, il n'a plus qu'à rechercher dans la table de correspondance le couple qui présente sensible ment ces mêmes valeurs et en déduire instantanément la valeur du débit optimal associé. De préférence, ce débit optimal (dit "primaire"), calculé par les premiers moyens de calcul 13, correspond au maintien d'une différence de température de OOC à environ 100C dans le circuit de refroidissement 1 entre la sortie et l'entrée du moteur 4. Une fois le débit optimal calculé, le module de commande 10 adresse à la pompe 5 un signal S dont la valeur est représen tative du débit optimal qu'elle doit fournir. Dans le mode illustré sur la figure 1, le module de commande 10 est relié à la pompe 5 par un câble électrique 12. Il en résulte que le signal S qui est transmis à la pompe 5 est un signal électrique, par exemple une tension ou un courant. Bien entendu, au lieu d'un câble électrique, on pourrait prévoir une fibre optique (dans ce cas le signal transmis est un signal lumineux dont l'intensité est représentative du débit optimal, par exemple). D'autres modes de transmission du signal S peuvent être envisagés, comme une émission radio, ou plus généralement l'émission par voie d'onde de tout mes sage comportant une donnée représentative du débit optimal. Comme cela est illustré sur la figure 2, le module de commande 10 peut être notablement plus évolué que celui qui vient d'être décrit précédemment, et qui ne prenait en compte que le régime et la charge du moteur pour calculer le débit optimal de la pompe 5. Tout d'abord, le module de commande 10 peut être agencé de manière à calculer une première correction du débit optimal (dit "primaire") calculé par les premiers moyens de calcul 13. En effet, dans certaines conditions d'utilisation, comme par exemple en cas de démarrages et d'arrêts fréquents, notamment dans un embouteillage, le débit optimal primaire qui est calculé par les premiers moyens de calcul 13 peut ne pas être suffisant pour assurer un bon échange thermique au niveau du radiateur 3 du circuit de refroidissement 1, y compris lorsque le thermostat piloté 9 est totalement ouvert. Dans ce cas, il est nécessaire d'augmenter le débit de la pompe 5. Cette correction (appelée "première correction,,) peut être effectuée en prenant en compte la valeur de la température du fluide (Teau) qui circule dans le circuit de refroidissement 1. Une telle température Teau est généralement déterminée par un capteur de température 14 placé en un endroit choisi, et approprié, du circuit de refroidissement 1. Le module de commande 10 comprend de seconds moyens de calcul 15 capables de déterminer la première correction du débit optimal primaire. Cette première correction est sommée au débit optimal primaire à l'aide d'un premier opérateur de sommation 16. Dans une variante (comme illustré sur la figure 2), la première correction du débit optimal s'effectue, non seule ment en fonction de la température du fluide Teau, mais également de la charge moteur Cmot. Dans ce cas, les seconds moyens de calcul 15 sont agencés pour déterminer la première correction à apporter au débit optimal primaire en fonction des valeurs de la température du fluide Teau et de la charge du moteur Cmot. La Demanderesse s'est en effet aperçue qu'à faible charge la correction ne devait intervenir qu'à partir d'une température de fluide d'environ 1150C, tandis qu'à forte charge cette correction ne devait intervenir qu'à partir d'environ 950C. De préférence, la première correction du débit optimal primaire est calculée comme indiqué ci-après. Si la charge du moteur Cmot est inférieure à une charge seuil Cs (qui délimite les faibles charges des fortes charges), alors la première correction est donnée par la formule Cl = A*(Teau - Tliml)*Nmax où A est un paramètre de calibration, Nmax est la valeur maximale du débit que peut supporter la pompe 5 et Tliml est la température limite du fluide de refroidissement associée aux faibles charges du moteur, par exemple 1150C. Si en revanche la charge du moteur Cmot est supérieure à la charge seuil Cs, alors la première correction est donnée par la formule : C2 = B*(Teau - Tlim2)*Nmax où B est un paramètre de calibration, Nmax est la valeur maximale du débit supporté par la pompe 5 et Tlim2 est la température limite du fluide de refroidissement associée aux fortes charges du moteur, par exemple 950C. Par ailleurs, comme cela est illustré sur la figure 2, il est avantageux que le dispositif de refroidissement selon l'invention puisse prendre en compte d'autres paramètres qui modifient le débit de la pompe 5. Un premier paramètre qui modifie ce débit est l'état de fonctionnement de l'installation de chauffage 6 de l'habita cle du véhicule. On entend ici par état de fonctionnement, les réglages du boîtier de commande de l'installation de chauffage, ou en d'autres termes les paramètres aérothermi- ques. Dans ce cas (comme illustré sur la figure 2), on prévoit des troisièmes moyens de calcul 17 destinés à déterminer une seconde correction du débit optimal en fonction de l'état de fonctionnement de l'installation de chauffage 6. A titre d'exemple non limitatif, la seconde correction peut être de type binaire. En cas d'une demande de chauffage, quelle qu'elle soit, on impose une seconde correction d'une valeur prédéterminée, tandis qu'en cas de non sollicitation de l'installation de chauffage 6 la seconde correction est nulle. La seconde correction délivrée par les troisièmes moyens de calcul 17 est additionnée à l'aide d'un second opérateur de sommation 18 au débit optimal primaire fourni par les premiers moyens de calcul 13, ainsi qu' éventuellement à la première correction fournie par les seconds moyens de calcul 15. Bien entendu, on pourrait ne prévoir qu'un unique opérateur de sommation à entrées multiples pour combiner les fonctions des opérateurs 16 et 18. C'est ce qui est représenté en tirets sur la figure 2. De préférence, la seconde correction du débit optimal primaire, qui est calculée par les troisièmes moyens de calcul 17, n'est prise en compte au niveau des opérateurs de sommation 16 et/ou 18 que si la température du fluide Teau est supérieure à une température seuil prédéterminée. Dans une variante encore plus élaborée (comme illustré sur la figure 2), le dispositif de refroidissement selon l'inven tion, et plus particulièrement le module de commande 10, peut être agencé de manière à prendre en compte d'autres paramè tres qui influent sur le débit de la pompe à fluide 5. Ainsi, on peut prendre en compte des "systèmes thermiques" tels que le circuit d'huile du moteur, le circuit d'huile de la boite de vitesses automatique, ou encore le circuit de refroidisse ment de l'alternateur ou du démarreur. Ces systèmes thermi ques fournissent en effet des paramètres thermiques, comme par exemple la température d'huile, qui peuvent être pris en compte par des quatrièmes moyens de calcul 19 pour calculer une troisième correction du débit optimal primaire en fonction du ou desdits paramètres thermiques qu'ils reçoi vent. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le second opérateur 18 effectue la sommation du débit optimal primaire (avec sa première correction), de la seconde correction et de la troisième correction. Etant donné que la (ou les) correction(s) apportée(s) au débit optimal primaire déterminé par les premiers moyens de calcul 13 peut (peuvent) aboutir à un débit optimal supérieur au débit maximal que peut supporter la pompe 5, on prévoit, de préférence, en sortie des opérateurs 16 et 18, un module de filtrage 20. Un tel module de filtrage 20 peut être par exemple un comparateur à seuil ou un écrêteur. Dans le cas d'un compara- teur, celui-ci est agencé pour comparer la valeur du débit optimal qui est délivré en sortie du second opérateur 18 à une valeur de débit seuil correspondant au débit maximal de la pompe 5. Si le débit optimal délivré par l'opérateur 18 est supérieur au seuil, alors le signal S qui est adressé à la pompe à fluide 5 présente une valeur égale au débit maximal de la pompe. En revanche, si ce débit optimal est inférieur au débit seuil alors la valeur du signal S adressé à la pompe est représentatif dudit débit optimal calculé par les différents moyens de calcul 13, 15, 17, 19. Dans ce qui précède il a été décrit différents modes de fonctionnement du dispositif de refroidissement selon l'invention, lorsque le moteur est en fonctionnement. Cependant, le dispositif de refroidissement est également agencé pour permettre le fonctionnement de la pompe 5 lorsque le moteur est arrêté, de manière à permettre un "post-refroi- dissement" du moteur. Lorsque le moteur est arrêté, son régime Nmot et sa charge Cmot sont tous les deux nuls. Cette information n'est plus fournie par les moyens de mesure 11 du véhicule étant donné que le contact est coupé. En conséquence, et de préférence, le module de commande 10 est relié au contacteur de manière à connaître son état de fonctionnement (ouvert ou fermé). En fait il reçoit du contacteur une information 21. Le module de commande 10 est, dans ce mode de réalisation, agencé pour déterminer un débit optimal de fonctionnement de la pompe 5, ainsi qu'une durée de fonctionnement, qui vont permettre un bon refroidissement du moteur 4. Plusieurs variantes peuvent être envisagées. Dans une première variante, le débit optimal qui est adressé par le module de commande 10 à la pompe 5, sous la forme du signal S, est déterminé en fonction des dernières valeurs du régime Nmot et de la charge Cmot du moteur. Pour ce faire, on peut prévoir des moyens de mémorisation couplés aux premiers moyens de calcul 13, par exemple. Dans une seconde variante, le débit optimal calculé par le module de commande 10 prend en compte à la fois le régime et la charge du moteur, mais également la dernière valeur de la température du fluide Teau. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des moyens de mémorisation en sortie du premier opérateur 16 de manière à pouvoir stocker après chaque calcul de débit optimal la valeur du débit optimal primaire fournie par les premiers moyens de calcul 13, corrigée éventuellement de la première correction déterminée par les seconds moyens de calcul 15. Dans une seconde variante, on pourra prendre en compte la valeur de la température de l'air à l'extérieur de l'habita cle. Dans ce cas, le module de commande 10 est couplé au capteur de température externe que comprend généralement l'installation de chauffage 6. Bien entendu, il est possible de prendre en compte à la fois le dernier débit optimal primaire, la dernière correction dépendant de la température du fluide et la température de l'air extérieur pour déterminer le débit optimal en cas d'arrêt du moteur. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, mais elle s'étend à toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi, on a décrit un dispositif de refroidissement couplé à une installation de chauffage, mais ce dispositif pourrait être couplé à une installation de climatisation. Par ailleurs, le dispositif pourrait être indépendant de l'installation de chauffage, par exemple lorsque l'installa tion de chauffage est électrique. Revendications 1. Dispositif perfectionné de refroidissement d'un moteur thermique (4) de véhicule automobile, du type comprenant un circuit de refroidissement de fluide (1), couplé à une pompe à f luide (5) à débit variable, pour refroidir un moteur thermique dont le fonctionnement est défini à chaque instant par un régime et une charge en cours, caractérisé en ce que ladite pompe (5) est agencée pour modifier le débit du fluide injecté dans ledit moteur (4) en fonction de la valeur d'un signal (S), et en ce qu'il comporte des moyens de commande (10) propres à recevoir, par des moyens de mesure, le régime et la charge en cours du moteur et agencés pour calculer un débit optimal pour ladite pompe (5), juste nécessaire au moteur pour se refroidir, en fonction dudit régime et de ladite charge reçus et délivrer à ladite pompe (5) un signal d'une valeur représentative dudit débit optimal calculé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal (S) est un signal électrique choisi parmi une tension et un courant. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit circuit (1) comporte des moyens (14) propres à mesurer la température du fluide de refroidissement en un endroit choisi dudit circuit, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés pour calculer une première correction dudit débit optimal en fonction de ladite température du fluide mesurée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés pour calculer ladite première correction en fonction, en outre, de ladite charge du moteur reçue. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit circuit de refroidissement (1) alimente en sortie dudit moteur (4) une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation (6) de l'habitacle dudit véhicule, à paramètres aérothermiques réglables, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés pour calculer une seconde correction dudit débit optimal en fonction desdits paramètres aérothermiques de ladite instal lation (6). 6. Dispositif selon la revendication 5 prise en combinai son avec l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés pour calculer ladite seconde correction dudit débit optimal lorsque ladite température de fluide mesurée est supérieure à un seuil choisi. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit moteur (5) est couplé à au moins un système thermique additionnel à paramètres thermiques variables, en particulier un circuit à circulation d'huile, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés pour calculer une troisième correction dudit débit optimal en fonction desdits paramètres thermiques dudit système thermi que. 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, carac térisé en ce que lesdits moyens de commande (10) sont agencés, en cas d'arrêt dudit moteur (4), associé à des régime et charge dudit moteur nuls, pour déterminer, d'une part, un débit optimal d'arrêt en fonction de la dernière valeur dudit débit optimal et/ou de l'une au moins desdites températures choisies parmi la température de fluide mesurée, la température dudit système thermique, et une température d'air mesurée à l'extérieur dudit habitacle, et d'autre part, une durée de fonctionnement de ladite pompe (5) selon ce débit optimal d'arrêt, de sorte que ladite pompe (5) fonc tionne selon ce débit optimal d'arrêt pendant ladite durée. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, carac térisé en ce que lesdits moyens de commande (10) comprennent des moyens de filtrage (20) propres à comparer ledit débit optimal à un débit seuil et à contraindre lesdits moyens de commande à délivrer à ladite pompe (5) un signal (S) d,une valeur représentative dudit débit seuil lorsque ledit débit optimal est supérieur audit débit seuil.