Brevet FR2843168A1 — publié le 20040206

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'un circuit de refroidissement et de chauffage d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne, selon lequel, un premier che5 min de liquide de refroidissement passe par une conduite de dérivation, un second chemin de liquide de refroidissement passe par un radiateur principal du moteur à combustion interne, un troisième chemin de liquide de refroidissement passe par un échangeur de chaleur de chauffage et un quatrième chemin de liquide de refroidissement passe par un accumula10 teur de chaleur, les débits de liquide de refroidissement étant répartis par des vannes à commande électrique et par au moins une pompe, une unité de commande électronique commandant les vannes suivant des paramètres de fonctionnement et des paramètres ambiants ainsi que des valeurs de consigne prédéterminées. Etat de la technique Les installations de chauffage et de refroidissement, connues de véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne, comportent en général un circuit de refroidissement et un circuit de chauffage à plusieurs chemins pour le fluide de refroidissement, pour ré20 partir et le cas échéant évacuer la chaleur dégagée par le moteur à combustion interne et les accessoires comme par exemple le turbocompresseur, la boîte de vitesse, les générateurs, etc..., dans le cadre d'une gestion thermique. Une unité de commande électronique traite les paramètres de fonctionnement et ambiants comme par exemple les tempé25 ratures et/ou les rapports de pression des fluides, la vitesse de rotation, la charge et la température du moteur à combustion interne, celles des composants et des accessoires mais également la température de l'air ambiant et celle de l'habitacle comme signaux d'entrée pour fournir des signaux de sortie servant à commander des installations de transfert et d'actionnement en général électriques. Une telle installation de refroidissement est connue selon le document EP 0 499 071 AI. Cette installation comprend un circuit liquide de refroidissement pour refroidir le moteur à combustion interne. En outre l'huile du moteur et l'air d'alimentation sont refroidis par le radiateur d'huile et le radiateur d'air d'alimentation par un échange de chaleur avec l'air. Une unité de commande comportant au moins un microprocesseur, utilise un grand nombre de grandeurs d'état, mesurées pour déterminer la demande de puissance de refroidissement ou la demande de chaleur de chacun des équipements ou composants du système de refroidissement pour réguler individuellement les flux de liquide de refroidissement en tenant toutefois compte des exigences de l'ensemble du système. La commande des flux de matière et de chaleur est assurée par des pompes et s des vannes à commandes électriques. En outre les installations de chauffage réglables, supplémentaires sont reliées à l'installation de refroidissement par exemple pour chauffer l'habitacle ou l'eau d'une installation d'essuie-glace pour utiliser le cas échéant l'énergie thermique excédentaire pour le chauffage. Le circuit de liquide de refroidissement du moteur à combustion interne selon la figure 6 du document EP 0 499 071 AI comprend un premier chemin de liquide de refroidissement avec une conduite de dérivation, un second chemin de liquide de refroidissement passant par le radiateur principal du moteur à combustion interne, un troisième chemin de liquide de refroidissement passant par un échangeur de chaleur et un quatrième chemin de liquide de refroidissement passant par un accumulateur de chaleur. Lors du démarrage à froid, le liquide de refroidissement contourne le radiateur principal par une conduite de dérivation pour reve20 nir directement dans le moteur à combustion interne en arrivant dans la partie inférieure de celui-ci à savoir au niveau du bloc moteur. Ce petit circuit assure une faible puissance de refroidissement de sorte que le moteur à combustion interne arrive rapidement à sa température de fonctionnement et cela réduit avantageusement la consommation de 25 carburant. Lorsque la température du liquide de refroidissement augmente, une vanne ouvre le second chemin de liquide de refroidissement passant par le radiateur principal qui coopère le cas échéant avec un rideau et un ventilateur pour extraire la chaleur excédentaire du liquide de refroidissement. Un échangeur de chaleur de chauffage équipe le troisième chemin du liquide de refroidissement qui permet le cas échéant de recevoir une partie du flux du liquide de refroidissement pour chauffer l'habitacle. Si la puissance de refroidissement de l'échangeur de chaleur de chauffage suffit, on peut couper complètement le chemin du li35 quide de refroidissement passant par le radiateur principal. La chaleur excédentaire est transférée dans ce cas de fonctionnement exclusivement vers l'habitacle ce qui améliore particulièrement le confort pour de basses températures extérieures. Pendant la phase de chauffage du moteur à combustion interne, on utilise en général la chaleur dégagée par la combustion pour que le moteur atteigne rapidement sa température de fonctionnement et permette ainsi de diminuer la consommation de carburant et l'émission de matières polluantes. La veine de liquide de refroidissement traversant l'échangeur de chaleur est fortement réduite voire bloquée de sorte qu'à ce moment, au prix du confort, seulement une faible partie de l'énergie ou pas d'énergie du tout n'est disponible pour chauffer l'habitacle. L'accumulateur de chaleur sous la forme d'un accumula10 teur à chaleur latente qui peut stocker la chaleur dégagée en fonctionnement normal par la combustion du carburant pendant plusieurs jours, restitue le cas échéant la chaleur accumulée pour que notamment à de faibles températures ambiantes, le moteur à combustion interne soit réchauffé aussi rapidement que possible et que l'on puisse chauffer 1 5 l'habitacle. Le moteur est muni de moyen de fermeture (vanne) et il est commandé par l'unité de commande pour fonctionner en série ou en parallèle avec l'échangeur de chaleur de chauffage et lui fournir à la demande le liquide de refroidissement ou évacuer la chaleur excédentaire. Selon le document DE 196 01 319 Ai il est en outre connu un circuit de refroidissement et de chauffage avec un accumulateur de chaleur latente. Le flux d'agents de refroidissement est régulé à travers l'accumulateur de chaleur à l'aide d'une unité de commande qui exploite les signaux des capteurs de température équipant le moteur à combustion interne et l'accumulateur de chaleur et détectant la température du li25 quide de refroidissement ainsi que celle de composants particuliers. A côté de l'apport calorifique souhaité, dans la phase de démarrage du moteur à combustion interne, l'accumulateur de chaleur améliore le rendement du moteur dans la plage des charges partielles si la température du liquide de refroidissement dépasse la valeur réglée actuellement et qui est de 950C, pour atteindre une valeur de 105'C. Pour éviter cette surchauffe du moteur à combustion interne il faut que la température du liquide de refroidissement soit de nouveau abaissée mais en mode de pleine charge et cet accumulateur de chaleur connu ralentit significativement cette opération du fait de son inertie thermique. Cela peut se traduire par des dommages de composants du moteur à combustion interne. Pour avoir une modification plus rapide de la température du liquide de refroidissement il faut actuellement des dispositifs particuliers dans le circuit de refroidissement. Selon le document DE 37 38 412 Ai on connaît un dispositif et un procédé de régulation de la température d'un moteur à combustion interne. Le liquide de refroidissement circule dans un circuit de refroidissement formé de plusieurs chemins de refroidissement. Un pre5 mier chemin de refroidissement (ou chemin de liquide de refroidissement) passe par une conduite de dérivation; un second chemin de refroidissement passe par un radiateur principal du moteur à combustion interne et un troisième chemin de liquide de refroidissement passe par un échangeur de chaleur de chauffage servant à climatiser un habitacle de véhi10 cule. La répartition du liquide de refroidissement est assurée par des vannes à commandes électriques prévues aux embranchements des chemins de liquide de refroidissement. De plus le circuit de refroidissement comporte une pompe à entraînement mécanique et une pompe à entraînement électrique. La commande des vannes et des pompes électriques est assurée par une unité de commande recevant comme signaux d'entrée, les paramètres de fonctionnement et d'ambiance du moteur à combustion interne comme par exemple la vitesse de rotation et la température du moteur à combustion interne, la pression et la température du liquide de refroidissement mais aussi la température de l'air ambiant et celle de l'habitacle. l'unité de commande traite ces informations pour donner les signaux de sortie constituant les grandeurs de réglage des vannes de commande et de la pompe électrique. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon25 vénients et concerne à cet effet un procédé du type défini cidessus caractérisé en ce qu'un quatrième chemin de liquide de refroidissement comporte une troisième vanne de commande commandée par l'unité de commande, et cette vanne de commande est fermée totalement ou partiellement si la température de référence des autres parties du circuit de re30 froidissement et de chauffage dépasse une valeur de consigne enregistrée dans l'unité de commande, cette vanne s'ouvrant si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne. Le liquide de refroidissement dans le quatrième chemin de liquide de refroidissement du moteur à combustion interne traverse l'accumulateur de chaleur de préférence un accumulateur de chaleur latente ayant une grande capacité calorifique et ensuite il revient au moteur à combustion interne à travers un échangeur de chaleur de chauffage. Aussi longtemps que la température du liquide accumulateur dans l'accumulateur de chaleur est supérieure à celle du liquide de refroidissement, il fournira de la chaleur au liquide de refroidissement qu'il traverse et l'accumulateur de chaleur se décharge. L'énergie calorifique sert dans ce cas par exemple à chauffer l'habitacle du véhicule et le moteur à coms bustion interne jusqu'à atteindre la température de fonctionnement. En mode normal du moteur à combustion interne, la température du liquide de refroidissement est en général supérieure à la température du milieu de stockage de sorte que le liquide de refroidissement qui passe fournit de la chaleur et charge l'accumulateur de chaleur. La quantité de chaleur à transférer au moment de la charge ou de la décharge est régulée en fonction de la demande par la vanne de commande du débit de liquide de refroidissement à l'entrée de l'accumulateur de chaleur. La grandeur de réglage appliquée à la vanne de commande est un signal fourni par une unité de commande qui exploite 1 5 en plus des paramètres de fonctionnement et des paramètres ambiants également la température du liquide de refroidissement détectée par un capteur de température. Le procédé selon l'invention prévoit de déterminer par le programme de calcul de l'unité de commande, une température de référence rapportée à la position de mesure du capteur de température et de la comparer à une valeur de consigne enregistrée. La température de référence est obtenue par l'addition ou la soustraction d'une valeur constante à l'aide d'une courbe caractéristique ou d'un modèle du système de refroidissement et de ses températures caractéristiques dans l'unité de commande. Le résultat de la comparaison donne alors la grandeur de ré25 glage appliquée à la vanne de commande. Cette procédure permet à l'unité de commande de modifier rapidement la température du liquide de refroidissement et de régler de manière très sensible le circuit de refroidissement et de chauffage du moteur à combustion interne. De façon avantageuse, en charge maximale, on évite la surchauffe de composants du moteur ou de l'huile du moteur et en charge partielle ou au démarrage le moteur arrive très rapidement à sa température optimale de fonctionnement. Si l'accumulateur de chaleur est très déchargé ou complètement déchargé, sa température peut différer considérablement de la température de référence. Selon un développement de l'invention il est prévu dans ces conditions de calculer la température de l'accumulateur de chaleur à l'aide d'un modèle. Le modèle se compose d'algorithmes qui utilisent les paramètres saisis comme par exemple la température ambiante ou le temps de fonctionnement du moteur à combustion interne pour déterminer la température de l'accumulateur de chaleur. L'unité de commande ouvre alors la vanne de commande si la température de l'accumulateur de chaleur est supérieure à la tempéra5 ture de référence et si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence, ou si la température de référence est supérieure ou égale à la valeur de consigne de la température de référence et si la température dans l'accumulateur de chaleur est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence; la vanne de commande est fermée si la température dans l'accumulateur de chaleur est inférieure ou égale à la température de référence, et si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence ou si cette température de référence est supérieure ou égale à la valeur de consigne de la température de référence et si la température dans l'accumulateur de chaleur est supérieure ou égale à la valeur de consigne de la température de référence. L'avantage par rapport au premier mode de réalisation est qu'au démarrage du moteur à combustion interne, lorsque l'accumulateur de chaleur est déchargé on ferme la vanne de commande si la température dans l'accumulateur de chaleur est inférieure ou égale à la température de référence, aussi longtemps que cette température de référence est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence. Cela signifie que si dans la phase de démarrage on dispose encore d'énergie calorifique dans l'accumulateur de chaleur, on utilise celle-ci et on décharge l'accumulateur de chaleur. Dès que la température du liquide de refroidissement dépasse la température de l'accumulateur de chaleur on ferme la vanne de commande pour que la chaleur dégagée par la combustion du carburant serve en totalité à chauffer le moteur à combustion interne et l'habitacle. On ne commence à charger l'accumulateur de chaleur que lorsque le moteur à combustion interne atteint sa température de fonctionnement. Dans ce cas la vanne de commande est ouverte et on la ferme de nouveau lorsque l'accumulateur de chaleur ne peut plus recevoir de chaleur. Dans un autre développement de l'invention on a un cap35 teur de température qui saisit directement la température de l'accumulateur de chaleur et envoie cette température comme signal à l'unité de commande. Le signal est traité selon l'algorithme du développe- ment précédent et la température saisie est à une plus grande précision qui justifie l'utilisation d'un capteur de température supplémentaire. Dans tous les développements de l'invention, la valeur de consigne pour fermer la vanne de commande est avantageusement supé5 rieure à la valeur de consigne pour l'ouverture afin d'avoir une certaine hystérésis entre l'ouverture et la fermeture de la vanne de commande pour éviter des états de commutation instables en cas de faible différence du signal de température. Il est en outre avantageux d'utiliser comme unité de commande un appareil de commande du moteur à combustion interne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin annexé dans lequel l'unique figure est une vue schématique d'un circuit de refroidissement et de chauffage d'un véhicule. Description du mode de réalisation Un moteur à combustion interne 12 est relié à un circuit de refroidissement et de chauffage 10 muni d'une pompe 14 de circulation pour un liquide de refroidissement. La pompe 14 peut être une pompe entraînée par un moteur électrique réglable ou une pompe entraînée mé20 caniquement par le moteur à combustion interne 12 et le cas échéant avoir une installation pour régler le débit. La pompe fait circuler le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne 12 par un premier chemin de refroidissement 28, une conduite de dérivation pour le faire revenir directement dans le moteur 12. Le chemin de liquide de refroidisse25 ment 28 ne prélève que très peu de chaleur au liquide de refroidissement ce qui permet au moteur 12 d'atteindre rapidement sa température de fonctionnement optimale et de consommer moins de carburant en émettant en même temps moins de matières polluantes. En parallèle à la conduite de dérivation 28 on a un second chemin de liquide de refroidissement 30 relié à un radiateur principal 16 coopérant avec un ventilateur 18 pour prélever la chaleur en excédent du liquide de refroidissement. Une première vanne de commande 34 associée à la dérivation du second chemin de liquide de refroidissement 30, répartit la vaine de liquide de refroidissement entre le radiateur 16 et/ou la con35 duite de dérivation 28. La vanne de commande 34 peut être une vanne à trois voies ou formée de deux vannes à deux voies. Comme type de vanne on peut utiliser une vanne proportionnelle à commande électrique. Un troisième chemin de refroidissement 32 fait passer le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne 12 dans un échangeur de chaleur de chauffage 20 et de là le liquide revient au moteur 12. L'échangeur de chaleur de chauffage 20 sert à fournir la chaleur du liquide de refroidissement à l'habitacle du véhicule. Pour que le débit de liquide de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur de chauffage puisse être réduit, le chemin de liquide de refroidissement 32 comporte une seconde vanne commandée 36. Un quatrième chemin de liquide de refroidissement 56 dérive du troisième chemin de liquide de refroidisse10 ment 32. Ce quatrième chemin comporte un accumulateur de chaleur 60. L'accumulateur de chaleur 60 est de préférence réalisé comme accumulateur de chaleur latente qui peut stocker une quantité de chaleur relativement importante sur plusieurs jours par exemple par conversion de phase d'un milieu de stockage comme par exemple une cristallisation, et peut restituer à la demande cette chaleur avec une puissance élevée par exemple de 100 Wh/min. Le débit de liquide de refroidissement dans le quatrième chemin 56 se règle à l'aide d'une troisième vanne de commande 54. Une unité de commande 22 régule les débits de liquide de refroidissement. Pour cela l'unité de commande 22 reçoit des données par des lignes directes de transmission de signaux ou par un bus de données comme par exemple le bus CAN (réseau contrôlé) et cette unité traite les données pour commander les installations de réglage du circuit de liquide de refroidissement sous la forme d'un signal PWM (signal à modulation de largeur d'impulsion) ou par le bus CAN. Les signaux d'entrée 40 de l'unité de commande 22 sont les paramètres de fonctionnement et les paramètres ambiants du moteur à combustion interne 12 comme par exemple le régime et la température du moteur 12, la vitesse du véhicule et la température ambiante et celle de l'habitacle. La température du liquide de refroidissement est détectée par un capteur de température 26 installé dans le circuit de liquide de refroidissement à la sortie du moteur à combustion interne 12 qui est transmis comme signal d'entrée 42 à l'unité de commande 22. On utilise également un moyen prédéterminant les valeurs de consigne 38 dans le programme de commande de l'unité de commande 22 comme par exemple une demande de chauffage venant de l'habitacle que le conducteur règle sur le tableau de commande 24 ou l'installation de réglage du chauffage 20 ou d'une installation de climatisation. Après détermination de valeur de consigne 38 et/ou des signaux d'entrée 40, 42, l'unité de commande 22 envoie un signal de sortie 44 à une installation de commande de la pompe 14 pour déterminer son débit et ainsi le débit de liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement et de chauffage 10; un signal de sortie 50 est envoyé au ventilateur 18 pour en définir la puissance et améliorer l'évacuation de chaleur par le radiateur principal 16 si la température du liquide de refroidissement est très élevée. Les signaux de sortie 46, 52 commandent la position des vannes de commande 34, 36 ainsi que la répartition des débits de liquide de refroidissement entre des différents chemins de refroidissement 28, 30, 32. Le signal de sortie 48 détermine la position de la 1o vanne de commande 54 et ainsi celle du débit de liquide de refroidissement à travers l'accumulateur de chaleur 60. La vanne de commande 54 est totalement ou partiellement fermée selon l'invention si la température de référence des autres parties du circuit de refroidissement et de chauffage 10 dépasse une valeur de consigne enregistrée dans l'unité de com15 mande 22; cette vanne de commande sera ouverte si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne. La température de référence est calculée à l'aide du signal d'entrée 42 et elle est rapportée à la position de mesure du capteur de température 26 par addition ou soustraction d'une valeur constante, à l'aide d'une caractéristique ou en appli20 quant un modèle du système de refroidissement 10 et de ses températures caractéristiques dans l'unité de commande 22. Le procédé selon l'invention permet de modifier avantageusement très rapidement la température du liquide de refroidissement et de régler le circuit de refroidissement et de chauffage 10 du moteur à combustion interne en fonction de la demande et de manière très sensible. Selon une réalisation de l'invention, l'unité de commande 22 calcule en outre la température de l'accumulateur de chaleur 60 en appliquant un modèle formé d'algorithmes utilisant les signaux d'entrée 38, 40, 42. La valeur calculée est comparée à la température de référence du liquide de refroidissement et le résultat constitue la grandeur de réglage appliquée à la vanne de commande 54. La vanne de commande 54 est ainsi réglée pour que l'accumulateur de chaleur 60 n'émette de l'énergie calorifique que si celle-ci est nécessaire. Si la température dans l'accumulateur de chaleur 60 est supérieure à la température souhaitée du liquide de refroidissement, on bloque le passage de liquide de refroidissement à travers l'accumulateur de chaleur 60 et on évite ainsi un apport non voulu de chaleur. A côté de la décharge, la vanne 54 est également ouverte pour charger l'accumulateur de chaleur 60 qui fournit alors de l'énergie calorifique au liquide de refroidissement qui le traverse. L'accumulateur de chaleur 60 ne sera toutefois chargé que lorsque la température 12 du moteur atteint sa température de fonctionnement. Un autre développement de l'invention prévoit un capteur de température 58 supplémentaire qui détecte directement la température de l'accumulateur et l'envoie comme signal d'entrée 42 à l'unité de commande 22. NOMENCLATURE 10. Circuit de refroidissement et de chauffage 12. Moteur à combustion interne 14. Pompe 16. Radiateur principal 18. Ventilateur 20. Echangeur de chaleur de chauffage 22. Unité de commande 24. Installation de commande 26. Capteur de température 28. Premier chemin de liquide de refroidissement 30. Second chemin de liquide de refroidissement 32. Troisième chemin de liquide de refroidissement 1 534. Première vanne de commande 36. Seconde vanne de commande 38. Valeurs de consigne 40. Signal d'entrée 42. Signal d'entrée 44. Signal de sortie 46. Signal de sortie 48. Signal de sortie 50. Signal de sortie 52. Signal de sortie 54. Troisième vanne de commande 56. Quatrième chemin de liquide de refroidissement 58. Capteur de température 60. Accumulateur de chaleur R E V E N D I C A T IO N S ) Procédé de commande d'un circuit de refroidissement et de chauffage (10) d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne (12), selon lequel, un premier chemin de liquide de refroidissement (28) passe par une conduite de dérivation, un second chemin de liquide de refroidissement (30) passe par un radiateur principal (16) du moteur à combustion interne (12), un troisième chemin de liquide de refroidissement (32) passe par un échangeur de chaleur de chauffage (20) et un quatrième chemin de liquide de refroidissement (56) passe par un accumulateur de chaleur (60), les débits de liquide de refroidissement étant répartis par des vannes à commande électrique (34, 36) et par au moins une pompe (14), une unité de commande électronique (22) commandant les vannes (34, 36) suivant des paramètres de fonctionnement et des paramètres ambiants i 5 (40, 42) ainsi que des valeurs de consigne prédéterminées (38), caractérisé en ce qu' un quatrième chemin de liquide de refroidissement (56) comporte une troisième vanne de commande (54) commandée par l'unité de commande (22), et cette vanne de commande (54) est fermée totalement ou partiellement si la température de référence des autres parties du circuit de refroidissement et de chauffage (10) dépasse une valeur de consigne enregistrée dans l'unité de commande (22), cette vanne s'ouvrant si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne pour la fermeture de la troisième vanne de commande (54) est supérieure à la valeur de consigne pour l'ouverture de cette vanne. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur de chaleur (60) comporte un capteur de température (58) et ouvre la troisième vanne de commande (54) si la température dans l'accumulateur de chaleur (60) est supérieure à la température de référence et si cette température de référence est inférieure à la valeur de consigne de cette température de référence, ou si la température de référence est supérieure ou égale à la valeur de consigne de la température de référence et si la température dans l'accumulateur de chaleur est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence, et cette vanne se ferme si la température dans l'accumulateur de chaleur (60) est inférieure ou égale à la température de référence, ou si la température de référence est supérieure ou égale à la valeur de consigne de la température de référence et si la température de référence est inférieure à la valeur de consigne de la température de référence, ou si la température dans l'accumulateur de chaleur (60) est supérieure ou égale à la valeur de 1o consigne de la température de référence. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé par une hystérésis entre l'ouverture et la fermeture de la troisième vanne de commande (54). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on mesure directement la température de l'accumulateur de chaleur (60) par un capteur de température (58). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande (22) est l'appareil de commande du moteur à com25 bustion interne (12).