Brevet FR2808305A1 — publié le 20011102

Procédé et dispositif de refroidissement d'un moteur thermi- Que de véhicule L'invention concerne le refroidissement du moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile. Selon un procédé classique, pour cette opération, on fait circuler un fluide caloporteur dans un circuit de fluide passant par le moteur et contenant une pompe de circulation et un radiateur de refroidissement balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventilateur. La pompe de circulation est généralement entraînée mécanique ment par le moteur thermique, de sorte que son régime est directement proportionnel au régime du moteur. L'énergie prélevée par la pompe sur le moteur est donc souvent très supérieure à ce qui est nécessaire, et le moteur est dans la plupart des cas refroidi à une température trop basse, réduisant ainsi le rendement et augmentant la pollution atmosphérique. Notamment, la montée en température du moteur au démarrage est retardée. À l'inverse, lorsque le moteur tourne au ralenti, le débit de la pompe peut être insuffisant pour assurer un chauffage satisfaisant de l'habitacle. On connaît par ailleurs des procédés visant à maintenir à une valeur de consigne la température du fluide en un point du circuit, par exemple à la sortie du moteur. Il est cependant difficile de choisir cette valeur-de consigne. Elle doit être relativement élevée pour que le moteur fonctionne dans des conditions optimales. Mais une surchauffe risque alors de se produire en cas d'augmentation brusque de la charge du moteur, pouvant entraîner un auto-allumage (allumage du mélange air-carburant en l'absence d'étincelle) qui se traduit par le phénomène bien connu de cliquetis, conduisant à terme à la destruction du moteur, par des pertes de rendement, une augmentation de la pollution, une détériora tion du dispositif d'échappement ou une rupture du joint de culasse. Le but de 1 invention est de remédier aux inconvénients ci- dessus. L'invention vise notamment un procédé du genre défini plus haut, et prévoit que la pompe est actionnée électriquement, qu'on détecte la charge subie par le moteur thermique et la température Ts du fluide à la sortie de celui-ci et qu'on règle l'efficacité. du refroidissement, au moyen de la pompe et du groupe moto-ventilateur, de manière à appliquer à ladite température de sortie TS une valeur de consigne qui varie en fonction inverse de la charge du moteur. L'entraînement électrique réglable de la pompe permet de faire varier le débit de celle-ci en fonction des besoins, indépendamment de la vitesse du moteur. La variation de la température de consigne en fonction de la charge du moteur permet d'adopter une température élevée assurant des condi tions de fonctionnement optimales du moteur lorsque la charge de celui-ci est peu élevée, et de conserver une marge sécurité pour la température lorsque la charge est plus forte. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le réglage de l'efficacité du refroidissement utilise en outre une vanne commandée qui permet de faire passer dans le radiateur fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe - Lorsque la température de sortie Ts doit être maintenue à une valeur de consigne correspondant à un niveau donné charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventila teur à une vitesse convenablement réglée, seulement si ladite fraction réglable est établie au-dessus d'un seuil prédéter miné. - On détecte en outre la température Te du fluide à l'entrée du moteur et on commande la pompe, lorsque la température de sortie TS doit être maintenue à une valeur de consigne correspondant à un niveau donné de charge du moteur, de manière que la différence T.-T. soit peu inférieure à une valeur maximale prédéterminée. - On applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie progressivement en fonction de la charge du moteur. - On applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie par paliers en fonction de la charge du moteur. - Ladite valeur de consigne présente deux paliers correspon dant à des niveaux de charge respectivement supérieur et inférieur à un niveau prédéterminé. - Ledit niveau prédéterminé correspond aux trois quarts environ de la pleine charge. - Les paliers inférieur et supérieur sont situés respective ment à 90 et 110 C environ. - On fait fonctionner la pompe à son débit maximal tant que la température de sortie TS est supérieure à la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur. - Lorsque la température de sortie T$ est supérieure la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventilateur à sa vitesse maximale pendant une durée initiale prédéterminée, puis à une vitesse convenablement réglée. - Ladite vitesse convenablement réglée du groupe moto- ventilateur est définie en fonction de la vitesse du véhicule et du débit de fluide dans le radiateur, lui-même déterminé par l'état de la vanne commandée et par le régime la pompe. - On fait fonctionner la pompe à son débit minimal tant que la température de sortie Ts est inférieure à la valeur consigne suite d'une diminution de la charge du moteur - On maintient le groupe moto-ventilateur à l'arrêt tant que la température de sortie Ts est inférieure à la valeur consigne suite d'une diminution de la charge du moteur - Lorsque moteur tourne au ralenti, on limite la vitesse du groupe moto-ventilateur à une valeur prédéterminée évitant les nuisances sonores, indépendamment de la température de sortie Ts. - On détecte la charge du moteur en utilisant au moins une variable, préférence filtrée pour éliminer les phénomènes transitoires, choisie parmi la position de la pédale ou du papillon accélérateur, le débit de carburant alimentant le moteur, la durée d'injection de carburant, la dépression à l'admission L'invention a également pour objet un dispositif de refroi dissement moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile propre à la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant un circuit de fluide caloporteur passant par le moteur et contenant une pompe de circulation actionnée électriquement et un radiateur de refroidissement balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventila teur, ainsi que des moyens pour détecter la charge subie le moteur thermique et la température Ts du fluide à la sortie de celui-ci, et des moyens pour commander le débit de pompe et la vitesse du groupe moto-ventilateur de manière à appliquer à ladite température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie en fonction inverse de la charge du moteur. Selon les besoins du procédé, le dispositif de l'invention peut comprendre en outre une vanne commandée sur laquelle agissent également les moyens de commande et qui permet de faire passer dans le radiateur une fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe, et/ou des moyens pour détecter la température Te du fluide à l'entrée du moteur. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant au dessin annexé, qui représente un schéma fonction nel d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Le dispositif illustré est destiné au refroidissement du moteur thermique 1 d'entraînement d'un véhicule automobile, et comprend un circuit de fluide caloporteur passant le moteur 1. Le fluide caloporteur sort du moteur par une conduite 2, sa température de sortie etant mesurée par un capteur 3. Une vanne à trois voies 4 permet de répartir le fluide provenant de la conduite 2 entre une conduite 5 contenant un radiateur de refroidissement 6 et une conduite de dérivation 7 qui rejoint la conduite 5, en aval du radiateur 6, en un point de jonction A. De là, une conduite 8 ramène le fluide au moteur 1, en passant par une pompe de circulation 9 et par un capteur 10 destiné à mesurer la température du fluide entrant dans le moteur. Une conduite de chauffage 11, contenant un radiateur 12 destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule, va de la conduite 2 au point de jonction A. Des moyens de commande 13 tels qu'un calculateur agissent sur la vanne 4 et sur un groupe moto-ventilateur 14 pour faire varier en fonction des besoins l'efficacité du refroidisse ment du moteur. À cet effet, la vanne 4 est réglable de manière progressive entre une position dans laquelle la totalité du débit de fluide provenant la conduite 2 passe dans la conduite 5 et une position dans laquelle la totalité de ce débit passe dans la conduite 7, et le groupe moto- ventilateur 14 tourne à une vitesse réglable, faisant ainsi varier le débit d'un flux d'air de refroidissement traversant le radiateur 6. Selon l'invention, la pompe 9 est entraînée électriquement, à une vitesse qui est également définie par les moyens de commande 13. Selon l'invention, en outre, ces mêmes moyens de commande reçoivent des signaux issus des capteurs 3 10 de la température du fluide à la sortie et à l'entrée du moteur, ainsi que d'un capteur 15 de la charge du moteur 1. On décrira maintenant un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide du dispositif illustré. Dans cet exemple, on fixe une consigne de 110 C pour la température Ts du fluide caloporteur sortant du moteur, telle que déterminée par le capteur 3, lorsque la charge du moteur ne dépasse pas les 3/4 de la pleine charge, et de 90 C dans le cas contraire. Lorsque la température Ts est égale à 110 C et doit être maintenue à cette valeur, la pompe 9 est commandée manière à maintenir l'écart AT = Ts - Te légèrement au-dessous de la valeur OTmax indiquée par le constructeur, par exemple entre OTmax - 5 C et ATmaX - 10 OC. La vanne 4 est commandée de manière maintenir la valeur de consigne Ts = 110 C. Le groupe moto-ventilateur 14 est commandé de la manière suivante. Si la vanne 4 est réglée de manière à envoyer dans la conduite de dérivation 7 une fraction notable du débit qu'elle reçoit par la conduite 2, par exemple au moins un quart de ce débit, le groupe moto-ventilateur est arrêté de manière à éviter la consommation d'énergie et les nuisances sonores liées à son fonctionnement. Si au contraire au moins 75 $ du débit de fluide passe dans le radiateur 6, on fait tourner le groupe moto-ventilateur de manière à assurer un refroidissement efficace de ce fluide. À cet effet, la vitesse du groupe moto-ventilateur est réglée en fonction inverse de la vitesse du véhicule et en fonction croissante du débit de fluide dans le radiateur, lui-même défini par la vitesse de la pompe 9 et par la position de la vanne 4. On garde ainsi dans le radiateur 6 une réserve de fluide caloporteur à une température relativement basse, permettant lorsque c'est nécessaire de ramener rapidement la température Ts de 110 à 90 C. Lorsqu'on veut précisément ramener la température Ts de 110 à 90 C par suite d'une augmentation de la charge du moteur, on règle la vanne 4 de manière à envoyer dans le radiateur 6 la totalité du débit de fluide qu'elle reçoit. Pour assurer un abaissement initial rapide de la température Ts , on fait tourner le groupe moto-ventilateur à sa vitesse maximale pendant une durée prédéterminée, par exemple 10 secondes, après quoi sa vitesse est réglée selon les mêmes paramètre que lors du maintien de Ts à 110 C. Lorsque, pour une faible charge du moteur, la température a atteint la valeur de consigne de 90 C et doit y être maintenue, la pompe 9, la vanne 4 et le groupe moto-ventila- teur 14 sont commandés de la manière décrite ci-dessus pour le maintien de Tg à 110 C. Enfin, lorsque TS doit être élevée de 90 à 110 C, par suite d'un abaissement de la charge du moteur, on règle la vanne 4 de manière à envoyer la totalité du fluide dans la conduite de dérivation 7. On arrête le groupe moto-ventilateur, l' contenue dans le radiateur étant déjà à une température inférieure à 90 C et n'étant pas renouvelée. La pompe fonctionne à son débit minimal, de manière à obtenir un AT le plus proche possible de la valeur maximale. La commande de la pompe et du groupe moto-ventilateur en fonction notamment des températures Ts et Te peut se faire à l'aide de toute fonction mathématique connue. Comme indiqué plus haut, le nombre de paliers prévus pour la valeur de consigne de la température Ts peut être différent de deux. En particulier, on peut prévoir un ou plusieurs paliers intermédiaires entre 90 et 110 C, chaque palier correspondant à un intervalle de niveau de charge du moteur. La commande de la pompe 9 telle que décrite ci-dessus peut le cas échéant être aménagée pour permettre l'alimentation du radiateur de chauffage 12 de manière à répondre adéquatement une demande de chauffage de l'habitacle. Avantageusement, le procédé selon l'invention prévoit que les moyens de commande 13 limitent la vitesse de rotation du groupe moto-ventilateur 14, lorsque le véhicule est au ralenti, à une valeur choisie pour réduire les nuisances sonores, cette valeur étant fonction des caractéristiques du groupe moto-ventilateur et de l'architecture du circuit d'air dont il fait partie. Revendications 1. Procédé pour refroidir le moteur thermique d'entraîne ment (1) d'un véhicule automobile, dans lequel on fait circuler un fluide caloporteur dans un circuit de fluide passant par le moteur et contenant une pompe de circulation (9) et un radiateur de refroidissement (6) balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventilateur (14), caracté risé en ce que la pompe est actionnée électriquement, qu'on detecte la charge subie par le moteur thermique (1) et la température Ts du fluide à la sortie de celui-ci et qu'on règle l'efficacité du refroidissement, au moyen de la pompe et du groupe moto-ventilateur, de manière à appliquer à ladite température de sortie TS une valeur de consigne qui varie en fonction inverse de la charge du moteur 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le réglage de l'efficacité du refroidissement utilise en outre une vanne commandée (4) qui permet de faire passer dans le radiateur (6) une fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe. 3 Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lorsque la température de sortie Ts doit être maintenue une valeur de consigne correspondant à un niveau donné de charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventilateur à une vitesse convenablement réglée, seulement si ladite fraction réglable est établie au-dessus d'un seuil prédéterminé. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détecte en outre la température Te du fluide à l'entrée du moteur et on commande la pompe, lorsque la température de sortie Ts doit être maintenue à une valeur de consigne correspondant à un niveau donné de charge du moteur, de manière que la différence TS-Te soit peu inférieure à une valeur maximale prédéterminée. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie progressivement en fonction de la charge du moteur. 6. Procédé selon l'une revendications 1 à 4, dans lequel on applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie par paliers en fonction de la charge du moteur. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ladite valeur de consigne présente deux paliers correspondant à des niveaux de charge respectivement supérieur et inférieur à un niveau prédéterminé. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit niveau prédéterminé correspond trois quarts environ de la pleine charge. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel les paliers inférieur et supérieur sont situés respectivement à 90 et 110 C environ. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel on fait fonctionner la pompe à son débit maximal tant que la température de sortie Ts supérieure à la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur. 11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, dans lequel, lorsque la température de sortie Ts est supérieure à la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventila- teur à sa vitesse maximale pendant une durée initiale prédéterminée, puis à une vitesse convenablement réglée. 12. Procédé selon l'une des revendications 3 et 11, dans lequel ladite vitesse convenablement réglée du groupe moto- ventilateur est définie en fonction de la vitesse du véhicule et du débit de fluide dans le radiateur, lui-même déterminé par l'état de la vanne commandée et par le régime de la pompe. 13. Procède selon l'une des revendications 6 12, dans lequel on fait fonctionner la pompe à son débit minimal tant que la temperature de sortie TS est inférieure à valeur de consigne suite d'une diminution de la charge moteur. 14. Procède selon l'une des revendications 6 a 13, dans lequel on maintient le groupe moto-ventilateur à l'arrêt tant que la temperature de sortie Ts est inférieure à la valeur de consigne suite d'une diminution de la charge du moteur. 15. Procède selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lorsque le moteur tourne au ralenti, on limite la vitesse du groupe moto-ventilateur à une valeur prédéterminée évitant les nuisances sonores, indépendamment de la tempéra ture de sortie Tg. 16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détecte la charge du moteur en utilisant au moins une variable, de préférence filtrée pour éliminer les phénomènes transitoires, choisie parmi la position de la pédale ou du papillon d'accélérateur, le débit de carburant alimentant le moteur, la durée d'injection de carburant, la dépression à l'admission. 17. Dispositif de refroidissement du moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile, propre à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un circuit de fluide caloporteur passant par le moteur et contenant une pompe de circulation (9 actionnée électriquement et un radiateur de refroidissement (6) balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventilateur (14), ainsi que des moyens (15, 3) pour détecter la charge subie par moteur thermique et la température du fluide à la sortie de celui-ci, et des moyens (13) pour commander le débit de pompe et la vitesse du groupe moto-ventilateur de manière à appliquer à ladite température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie en fonction inverse la charge du moteur. 18. Dispositif selon la revendication 17 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une au moins des revendications 2 et 4, comprenant en outre une vanne commandée (4) sur laquelle agissent également les moyens de commande (13) et qui permet de faire passer dans le radiateur une fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe, et/ou des moyens (10) pour détecter la température Te du fluide l'entrée du moteur.