Brevet FR2802472A1 — publié le 20010622

L'invention concerne la climatisation de l'habitacle des véhicules automobiles. On fait appel communément pour cette fonction à une boucle de fluide réfrigérant comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, ce dernier étant en contact avec un flux d'air à refroidir. À l'origine, le compresseur était entraîné en permanence par le moteur du véhicule de manière à produire un débit de fluide réfrigérant déterminé par la vitesse du moteur. Le flux d'air fortement refroidi par l'évaporateur traversait ensuite le radiateur de chauffage de l'habitacle pour être ajusté à la température voulue. Le refroidissement de l'air, suivi d'un réchauffement, était peu satisfaisant en termes d'économie d'énergie. Pour y remédier, on a eu recours à des compresseurs à cylindrée va- riable, dits à commande interne, dont le débit pouvait être réglé, indépendamment de leur vitesse de rotation dans la plage de régulation de la cylindrée, grâce à une vanne dont la position était telle que la pression d'entrée du fluide était fonction de la pression de sortie. Les réglages obtenus n'étant pas encore suffisamment fins, on a mis au point des compresseurs à cylindrée variable à commande externe. Ces compresseurs possèdent une électrovanne, de préférence hacheuse, dont le courant d'alimentation détermine la pression d'entrée du fluide dans le compresseur. Cette pression étant égale, à une perte de charge près, à celle régnant dans l'évaporateur, laquelle détermine la température de fonctionnement de l'évaporateur, on peut ainsi régler avec précision l'efficacité de la boucle de climatisation. Un exemple de compresseur à cylindrée variable à commande externe est décrit dans EP-A-0 353 764. En cas de fuite dans la boucle, la quantité de fluide réfrigérant qu'elle contient va diminuer. En-deçà d'un seuil de charge de fluide réfrigérant, le compresseur en fonction- nement risque d'être détérioré. Par ailleurs, il peut arriver que la vanne de commande du compresseur se bloque et ne permette plus de régler la puissance frigorifique produite, quel que soit le courant d'alimentation qui lui est appliqué. Le but de l'invention est de permettre la détection d'anoma- lies de fonctionnement d'une boucle de climatisation compre- nant un compresseur à débit variable, et notamment une charge insuffisante de fluide réfrigérant ou un blocage de la vanne de commande du compresseur. L'invention vise en particulier un procédé pour contrôler l'état d'une boucle de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant notamment un évaporateur propre à refroidir un flux d'air à envoyer dans l'habitacle, et un compresseur à débit variable commandé par un signal électrique de commande, procédé dans lequel on détermine au moyen d'un capteur la température dudit flux d'air, on définit, pour au moins une valeur dudit signal de commande, une valeur théorique correspondante de ladite température, on compare la valeur réelle de celle-ci à la valeur théorique et on utilise le résultat de cette comparaison en tant qu'indi- cateur de l'état normal ou anormal de la boucle. Le résultat de la comparaison peut notamment indiquer une sous-charge de fluide réfrigérant dans la boucle. En effet, en fonctionnement normal, la majeure partie du volume de l'évaporateur est remplie de fluide réfrigérant en équilibre liquide/gaz, dont la température est déterminée par la pression à l'entrée du compresseur, comme indiqué plus haut. Si la quantité de fluide réfrigérant dans la boucle est insuffisante, l'évaporateur ne contient plus qu'une petite quantité, ou même plus du tout, de fluide à l'état liquide, et est au contraire rempli entièrement ou presque de fluide à l'état gazeux surchauffé, c'est-à-dire à une température supérieure à la température d'équilibre liquide/gaz. Un capteur de la température du flux d'air en contact avec l'évaporateur, ou en contact avec l'air immédiatement en aval de celui-ci, placé en regard d'une zone de l'évaporateur o le fluide est normalement en équilibre liquide/gaz, sera alors en regard d'une zone de surchauffe et détectera une température supérieure à la température théorique. Dans le cas d'un compresseur à cylindrée variable à commande externe tel qu'évoqué plus haut, un blocage de la vanne du compresseur peut également être mis en évidence par le résultat de la comparaison. Le choix du courant d'alimentation de la vanne reste alors sans effet sur la pression à l'entrée du compresseur et par conséquent sur la température du flux d'air, celle-ci pouvant être aussi bien supérieure qu'inférieure à la valeur théori- que. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Une sous-charge éventuelle de fluide réfrigérant est indiquée par le fait que la température réelle du flux d'air dépasse un seuil prédéterminé par rapport à la température théorique. - Pour contrôler la charge de fluide réfrigérant, on effectue ladite comparaison après avoir appliqué pendant une durée suffisante un courant de commande propre à produire un débit élevé dudit fluide. - Un blocage éventuel de la vanne du compresseur est indiqué par le fait que la température réelle du flux d'air reste constante lorsqu'on fait varier ledit courant de commande et par conséquent la température théorique. - Le compresseur est entraîné électriquement. - Ladite valeur théorique ou ledit seuil est défini en utilisant, en combinaison avec ledit signal de commande, des paramètres qui relient la température du flux d'air à ladite pression à l'entrée du compresseur. - Lesdits paramètres comprennent l'un au moins des paramètres suivants: état d'un pulseur produisant ledit flux d'air, position d'un volet de recyclage de l'air de l'habitacle, vitesse du véhicule, températures de l'air à l'extérieur et à l'intérieur de l'habitacle, degré hygrométrique et tempéra- ture du flux d'air incident, débit du fluide réfrigérant dans la boucle. Le capteur peut être placé au voisinage, soit de la zone de surchauffe, soit du point le plus froid de l'évaporateur, soit encore d'un point de l'évaporateur porté à une tempéra- ture intermédiaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique de côté d'un évaporateur d'une boucle de climatisation de véhicule, muni d'une sonde de température d'air en vue de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'arrière de l'évapora- teur. La figure 3 est un graphique montrant la variation de la température du flux d'air en fonction du courant d'alimenta- tion de la vanne de commande du compresseur. L'évaporateur illustré, désigné par la référence 1, présente une face avant ou face d'entrée 2 et une face arrière ou face de sortie 3, et est traversé, de la face 2 à la face 3, par un flux d'air à refroidir représenté par la flèche F. Une sonde de température 4 est encastrée dans l'évaporateur ou en aval de celui-ci, au voisinage de sa face arrière 3, de manière à mesurer la température de l'air refroidi par l'évaporateur. La figure 2 montre l'évaporateur vu par sa face arrière. On a représenté schématiquement sous forme d'un rectangle une zone 5 de l'évaporateur, proche de la tubulure de sortie non représentée du fluide réfrigérant, dans laquelle ce dernier est surchauffé, après vaporisation, lorsque la boucle de climatisation fonctionne normalement. La sonde 4 est située hors de cette zone et à faible distance de celle-ci. Elle est donc balayée par de l'air qui a traversé la zone restante de l'évaporateur, o le fluide réfrigérant est en équilibre liquide/gaz. Cet air est à une température théorique liée à la pression du fluide à l'entrée du compresseur et par consé- quent au courant d'alimentation de la vanne de commande de celui-ci, comme exposé plus haut. En cas de déficit de fluide réfrigérant, le fluide surchauffé occupe une zone 6 de l'évaporateur plus grande que la zone 5 et englobant la sonde 4. La température mesurée par celle-ci est donc supérieure à la température théorique définie par le courant de commande du compresseur. La figure 3 montre en A une courbe typique représentative de la variation de la température théorique To du flux d'air ayant traversé l'évaporateur, en fonction du courant I d'alimentation de la vanne de commande du compresseur, laquelle peut varier entre 0 et une valeur maximale Imax. La figure 3 montre également une courbe B qui associe à chaque valeur de I une valeur de température T1 supérieure à la valeur correspondante de la température théorique TO. Une telle valeur T1 peut être utilisée comme seuil de détection d'une charge insuffisante de fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation. En réalité, c'est la pression du fluide à l'entrée du compresseur qui est déterminée directement par le courant I, dans les limites de la cylindrée du compresseur. Quant à la température du flux d'air ayant traversé l'évaporateur, elle est fonction de la température d'évaporation dans l'évapora- teur et de divers paramètres tels que le débit du flux d'air, son degré hygrométrique et sa température en amont de l'évaporateur, et l'efficacité de l'évaporateur. Le débit du flux d'air peut dépendre à son tour de l'état d'un pulseur qui le produit, de la position d'un volet de recyclage de l'air de l'habitacle et de la vitesse du véhicule. Enfin, comme indiqué plus haut, la relation entre la température d'évaporation dans l'évaporateur et la pression du fluide réfrigérant à l'entrée du compresseur dépend du débit du fluide réfrigérant dans la boucle. Tous ces paramètres, qui sont choisis dans le cadre de la conduite de l'installation de climatisation, ou qui sont déterminables, directement ou indirectement, par des moyens existants, peuvent être pris en compte pour le calcul de la température théorique To, la courbe A de la figure 3 dépendant de la valeur instantanée de ces paramètres. En variante, on peut utiliser une courbe A fixe, et choisir la courbe B de telle sorte que la tempéra- ture T1 soit toujours significativement supérieure à la température théorique, corrigée par l'application des paramètres, quelles que soient les valeurs de ceux-ci. Le contrôle de la charge de fluide réfrigérant est effectué lors du fonctionnement du véhicule et/ou lors des opérations de maintenance, en réalisant la comparaison de températures après une durée déterminée, par exemple comprise entre 2 et 3 minutes, de fonctionnement du compresseur à une cylindrée relativement élevée. On notera qu'il est connu de disposer une sonde de tempéra- ture de l'air refroidi au voisinage du point le plus froid de l'évaporateur, qui est généralement proche de la tubulure d'entrée du fluide réfrigérant. Une telle sonde est utilisée pour la régulation de la température du flux d'air et/ou pour la détection d'un risque de givrage de l'évaporateur. En adaptant le niveau de détection du givrage de la sonde 4 décrite plus haut, on peut alors l'utiliser pour la détection du givrage. De même elle peut être utilisée pour la régula- tion de la température du flux d'air. La sonde connue peut être utilisée pour la mise en oeuvre de la présente inven- tion, la détection de la sous-charge étant alors plus tardive puisqu'une température anormalement élevée n'est mesurée que lorsque l'évaporateur ne contient pratiquement plus de fluide à l'état liquide. La sonde utilisée dans l'invention peut également être disposée en toute position intermédiaire. Revendications 1. Procédé pour contrôler l'état d'une boucle de climatisa- tion de l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant notamment un évaporateur (1) propre à refroidir un flux d'air à envoyer dans l'habitacle, et un compresseur à débit variable commandé par un signal électrique de commande, procédé dans lequel on détermine au moyen d'un capteur (4) la température dudit flux d'air, on définit, pour au moins une valeur dudit signal de commande, une valeur théorique (To) correspondante de ladite température, on compare la valeur réelle de celle-ci à la valeur théorique et on utilise le résultat de cette comparaison en tant qu'indicateur de l'état normal ou anormal de la boucle. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise le résultat de ladite comparaison en tant qu'indicateur d'une sous-charge éventuelle de fluide réfrigérant dans la boucle. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une sous- charge éventuelle de fluide réfrigérant est indiquée par le fait que la température réelle du flux d'air dépasse un seuil prédéterminé (T1) par rapport à la température théorique. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel, pour contrôler la charge de fluide réfrigérant, on effectue ladite comparaison après avoir appliqué pendant une durée suffisante un signal de commande propre à produire un débit élevé dudit fluide. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le compresseur est du type à cylindrée variable à commande externe, ledit signal de commande étant un courant de commande alimentant une vanne incorporée au compresseur et propre à établir à l'entrée de celui- ci une pression qui est déterminée par ledit courant de commande. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on utilise le résultat de ladite comparaison en tant qu'indicateur d'un blocage éventuel de la vanne du compresseur. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel un blocage éventuel de la vanne du compresseur est indiqué par le fait que la température réelle du flux d'air reste constante lorsqu'on fait varier ledit courant de commande et par conséquent la température théorique. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le compresseur est entrainé électriquement. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite valeur théorique ou ledit seuil est défini en utilisant, en combinaison avec ledit signal de commande, des paramètres qui relient la température du flux d'air à ladite pression à l'entrée du compresseur. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel lesdits paramètres comprennent l'un au moins des paramètres suivants: état d'un pulseur produisant ledit flux d'air, position d'un volet de recyclage de l'air de l'habitacle, vitesse du véhicule, températures de l'air à l'extérieur et à l'inté- rieur de l'habitacle, degré hygrométrique et température du flux d'air incident, débit du fluide réfrigérant dans la boucle. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit capteur (4) est placé au voisinage de la zone de surchauffe de l'évaporateur. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit capteur est placé au voisinage du point le plus froid de l'évaporateur. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit capteur est placé au voisinage d'un point de l'évaporateur porté à une température intermédiaire.