Brevet FR2849106A1 — publié le 20040625

Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé et une installation de régulation et/ou de calibrage d'une vanne mélangeuse, notamment dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique pour répartir le débit 5 volumique en fonction d'une grandeur de régulation en deux flux partiels, le rapport de répartition de la vanne mélangeuse ou le rapport de mélange étant défini à partir de la comparaison d'une grandeur de consigne et d'une grandeur de mesure actuelle. Etat de la technique Dans les circuits de refroidissement connus de moteurs thermiques ou moteurs à combustion interne, on régule la température du fluide de refroidissement à l'entrée du moteur habituellement à l'aide d'une vanne mélangeuse La vanne mélangeuse assure une répartition variable du débit de fluide de refroidissement du circuit de refroidissement 15 du moteur thermique entre un échangeur de chaleur et une conduite de dérivation Aussi longtemps que le moteur thermique n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement, normalement une partie relativement importante du débit de fluide de refroidissement contourne l'échangeur de chaleur par la conduite de dérivation et revient directement 20 dans le circuit de refroidissement du moteur sans avoir subi un refroidissement important. La température du fluide de refroidissement à l'entrée du moteur résulte du mélange du débit volumique venant du radiateur et celui de la conduite de dérivation sachant que la température de la déri25 vation correspond à la température de sortie du moteur Le rapport de mélange de la vanne mélangeuse dans le circuit de refroidissement est régulé normalement en s'appuyant sur des valeurs de températures en différents endroits du circuit de refroidissement. Il est également connu de prédéfinir une valeur de consigne 30 variant de manière dynamique ou une charge de moteur variable et de commander la position de la vanne mélangeuse Habituellement, une unité de commande centrale contient une courbe caractéristique de la vanne représentant la relation non linéaire entre la position de la vanne et le rapport de mélange dans le système Cela signifie qu'à chaque valeur de 35 consigne du rapport de mélange est associée une position définie de la vanne. Mais une telle régulation ne prévoit pas de comparer le rapport de mélange qui s'établit effectivement et le rapport de mélange prédé- fini Toutefois, de telles vannes mélangeuses ont certaines tolérances, de sorte que le rapport de mélange qui s'établit dépend non seulement de la position de la vanne mais notamment également du débit volumique, d'une courbe caractéristique du système et de la température du liquide de refroidissement. Ces trois facteurs peuvent subir de très fortes variations et dérives dans des conditions réelles En conséquence, le rapport de mélange prédéfini diffère du rapport de mélange qu'il faut régler, ce qui est un inconvénient en particulier pour une commande préalable dynamique. 10 Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénient et concerne à cet effet un procédé de régulation d'une vanne mélangeuse, notamment d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que pour calculer le 15 rapport de répartition ou de mélange (MV) on tient compte d'une valeur de correction calculée pendant le fonctionnement. Cela permet de compenser et d'éliminer par régulation les effets dynamiques sous-jacents à la régulation de la vanne mélangeuse Si à un point de fonctionnement stationnaire, pour une simple commande 20 préalable, la température mesurée à l'entrée du moteur diffère de la température de consigne souhaitée, alors la courbe caractéristique de mélange, enregistrée, ne dépend plus des données physiques Si par exemple la température d'entrée du moteur est supérieure à la température de consigne, il faut ouvrir plus la vanne pour le même rapport de mélange 25 souhaité dans la branche du radiateur, si bien qu'il faut corriger vers le bas la courbe caractéristique du rapport de mélange Le comportement est analogue dans la situation inverse A partir de la déviation des deux valeurs on déduit une valeur de correction enregistrée de préférence dans une courbe caractéristique de corrections. Selon un développement du procédé, pour former la valeur de correction, on tient compte d'autres paramètres, en particulier de la température extérieure et/ou du débit d'air dans le radiateur On enregistre de préférence un grand nombre de valeurs de correction dans une courbe caractéristique de corrections Les valeurs de correction ou les 35 courbes caractéristiques de corrections peuvent être enregistrées dans un champ de caractéristiques Pour calculer la valeur de correction actuelle on peut utiliser la pente de la courbe caractéristique du rapport de mélange au point de fonctionnement instantané D'autres paramètres du vé- hicule peuvent être introduits dans les valeurs de correction comme par exemple la vitesse de déplacement, le débit massique d'air traversant le radiateur, le débit volumique dans le circuit de refroidissement, la charge du moteur, une température ainsi que d'autres grandeurs. s La vanne mélangeuse est de préférence calibrée de manière permanente en tenant compte des valeurs de correction pour n'avoir pas à tenir compte en permanence des paramètres supplémentaires évoqués mais de les utiliser à des intervalles de temps réguliers uniquement pour le calibrage. Une installation de régulation selon l'invention pour réguler une vanne mélangeuse, notamment d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique du type défini ci-dessus, est caractérisée en ce que pour calculer le rapport de répartition, on tient compte d'une valeur de correction calculé pendant le fonctionnement Cette valeur de correction 15 peut notamment dépendre d'un débit volumique traversant la vanne mélangeuse. Pour former la valeur de correction on peut utiliser notamment d'autres paramètres du véhicule tels que la température extérieure, le débit d'air, la vitesse de déplacement, le débit massique d'air à travers le 20 radiateur, le débit volumique, la charge du moteur, etc Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma par blocs d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, la figure 2 montre un algorithme de régulation pour le calibrage de la vanne selon l'invention, la figure 3 montre une courbe caractéristique de régulateur d'une 30 vanne mélangeuse d'un circuit de refroidissement selon la figure 1, la figure 4 montre la relation détaillée de régulation pour déterminer une position corrigée de la vanne et pour calibrer la vanne. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un schéma par blocs d'un circuit de re35 froidissement d'un moteur thermique 10 équipant notamment un véhicule automobile Une pompe de circulation 14 assure la circulation du fluide de refroidissement ou liquide de refroidissement entre une sortie 22 et une entrée 24 d'un circuit de refroidissement du moteur thermique 10 La sor- tie 22 est prévue de préférence au point chaud du moteur thermique 10, notamment sur la culasse alors que l'entrée 24 se trouve de préférence au point le moins chaud, c'est-à-dire dans la zone inférieure du moteur thermique 10. Entre la sortie 22 et l'entrée 24 on a prévu un premier échangeur de chaleur 16 qui est de préférence refroidi par le vent de circulation et assure le refroidissement du fluide de refroidissement entre l'entrée 26 et la sortie 28 du radiateur Entre la sortie 22 du moteur thermique 10 et l'entrée 26 du radiateur formée par le premier échangeur de 10 chaleur 16, on a installé une vanne mélangeuse 12 Cette vanne permet de répartir le débit de liquide de refroidissement entre la conduite reliée à l'entrée 26 du radiateur et une conduite de dérivation 20 Cette dernière débouche directement à l'entrée de la pompe de circulation 14 Un second échangeur de chaleur 18 est relié au circuit du premier échangeur de 15 chaleur 16 et assure un réchauffage variable de l'habitacle du véhicule. Si l'on normalise le débit volumique total mis en circulation par la pompe de circulation 14 à la valeur unitaire et si pour le débit volumique traversant le premier échangeur de chaleur 16 on définit une valeur x, la température d'entrée TME du moteur au niveau de l'entrée 24 se 20 calcule selon l'équation ( 1) suivante: TME = TMA * (l-x) + TKA * X ( 1), dans cette équation: TMA: température de sortie du moteur au niveau de la sortie 22, TKA: température de sortie à la sortie du radiateur 28. Si l'on remplace la température d'entrée du moteur TME par une température de consigne TM Econs et si l'on résout l'équation ( 1) suivant le rapport de mélange x = MV on obtient l'équation ( 2) suivante: 30 X = M Vo = TMA T Moi s ( 2), TMA TKA cette équation fournit le rapport de mélange de consigne M Vcons. On peut commander la vanne mélangeuse 12 selon 35 l'invention pour tenir compte non seulement de la température de sortie du moteur à la sortie 22 mais également de la température d'entrée du moteur à l'entrée 24 et de la température de sortie du radiateur à la sortie 28 du radiateur pour une valeur de correction servant à former le rapport de mélange Cette valeur de correction peut être formée de différents paramètres du véhicule La valeur de correction peut par exemple tenir compte d'autres paramètres tels que le débit volumique dans le circuit de 5 refroidissement, le débit d'air dans le premier échangeur de chaleur 16, la charge du moteur et d'autres paramètres. La figure 2 montre un algorithme de régulation caractéristique appliqué pour la régulation de la température du liquide de refroidissement entre la sortie et l'entrée du moteur La référence 32 désigne 10 l'équation de mélange à l'aide de laquelle et partant des valeurs d'entrée TMA (température d'entrée du moteur), TKA (température de sortie du radiateur) et TM Econs (valeur de consigne de la température d'entrée du moteur) on calcule un rapport de mélange de consigne M Vcons La différence entre la valeur de consigne de la température d'entrée du moteur TM Econs et 15 la température d'entrée effectivement mesurée TME est additionnée après passage dans un régulateur I 34 (régulateur intégral) à la valeur de consigne du rapport de mélange MVóons pour en déduire la valeur caractéristique de régulation de la vanne mélangeuse 12 A la place d'un régulateur I 34 (régulateur intégral) on peut également choisir un régulateur ayant une 20 autre caractéristique de régulation pour la combinaison de l'équation de mélange 32 La référence 30 caractérise dans ce contexte le point d'intervention pour le calibrage de la vanne selon l'invention. La figure 3 explicite un exemple de relation entre une commande de vanne Xvanne et le rapport de mélange résultant MV On a une 25 adaptation du rapport de mélange pour une certaine commande de vanne Xvame, si par exemple la température d'entrée du moteur TME est supérieure à la température de consigne TM Econs Dans ce cas, la courbe caractéristique du rapport de mélange est déplacée vers le bas, ce qui se fait en tenant compte d'une valeur caractéristique correspondante La valeur 30 uvanne désigne dans ce contexte une valeur de consigne corrigée pour la position de la vanne Un grand nombre de caractéristiques de correction est enregistré de préférence dans un diagramme ou un champ de caractéristiques. La figure 4 montre une nouvelle fois un schéma explicite 35 d'une relation de régulation entre une valeur de consigne de la température d'entrée du moteur TM Econs et une valeur de consigne corrigée uvanne pour la position de la vanne ou soupape mélangeuse 12 L'équation ( 2) décrite -M Vc TMA TME Cons 2 X cons Ms A M Econs ( 2), TMA -TA On en déduit la valeur du rapport de mélange de consigne 5 M Vons Cette équation caractérise une commande préalable statique du procédé de conduite de température A chaque valeur du rapport de mélange de consigne MVóons est associée chaque fois une valeur de réglage de vanne Xvanne de la vanne mélangeuse 12 Cette prescription est enregistrée dans la courbe caractéristique de rapport de mélange 36. A partir du calcul du rapport de mélange réel Xreel = M Vree I = TMA TME ( 3), TMA -TKA avec les courbes caractéristiques de correction 38 on calcule une valeur de 15 correction Ax de la valeur de réglage de soupape Par l'addition de la valeur d'actionnement Xvanne à partir de la courbe caractéristique de vanne 36 et de la valeur de correction Ax, à partir de la courbe caractéristique de correction 38 on récupère la valeur de réglage de canne corrigée uvane. On peut en outre combiner au rapport de mélange de consi20 gne M Vcons au choix en plus du régulateur 34, par exemple un régulateur I (régulateur intégral) dont la valeur de correction sera ajoutée comme coefficient de correction à la valeur de réglage de vanne, corrigé uvanne (voir à cet effet également la figure 2) L'entrée du régulateur I 34 compare la valeur de consigne TM Econs de la température d'entrée du moteur et sa valeur 25 actuelle TM Ereel. L'algorithme de régulation selon l'invention permet une régulation précise et rapide d'une vanne de mélange ainsi que son calibrage permanent. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de calibrage et/ou de régulation d'une vanne mélangeuse, notamment dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique pour répartir le débit volumique en fonction d'une grandeur de régulation 5 en deux flux partiels, le rapport de répartition de la vanne mélangeuse ou le rapport de mélange étant défini à partir de la comparaison d'une grandeur de consigne et d'une grandeur de mesure actuelle, caractérisé en ce que pour calculer le rapport de répartition ou de mélange (MV) on tient compte 10 d'une valeur de correction calculée pendant le fonctionnement. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour calculer la valeur de correction on calcule un rapport de mélange réel 15 (M Vreel) et on le compare au rapport de mélange prédéterminé (M Vcons). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme la valeur de correction à partir d'une grandeur de sortie d'un ré20 gulateur superposé ( 34). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur superposé ( 34) est un régulateur intégral. 25 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour former la valeur de correction on tient compte d'autres paramètres notamment du débit volumique traversant la vanne mélangeuse ( 12), la 30 température extérieure et/ou le débit d'air à travers l'échangeur de chaleur ( 16). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on enregistre un grand nombre de valeurs de correction dans une courbe caractéristique de correction. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on enregistre les valeurs de correction ou les courbes caractéristiques de correction dans un champ de caractéristiques. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on calibre en permanence la vanne mélangeuse ( 12) en tenant compte des valeurs de correction. io 9 ) Installation de régulation pour réguler et/ou calibrer une vanne mélangeuse, notamment installée dans un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, permettant de répartir un débit volumique en fonction d'une grandeur de régulation en deux veines partielles, le rapport de division par la vanne mélangeuse étant défini à partir de la comparaison d'une grandeur de consigne et d'une grandeur de mesure actuelle, caractérisée en ce que pour calculer le rapport de répartition, on tient compte d'une valeur de correction calculé pendant le fonctionnement. 10 ) Installation de régulation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu' on déduit la valeur de correction d'un calcul d'un rapport de mélange réel (M Vreel) et d'une comparaison avec un rapport de mélange prédéfini (M Vcons). 1 1 ) Installation de régulation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu' on déduit la valeur de correction à partir de la grandeur de sortie d'un régulateur superposé ( 34). 12 ) Installation de régulation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la régulateur supersposé ( 34) est un régulateur I. 13 ) Installation de régulation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu' on forme la valeur de correction en tenant compte d'autres paramètres, notamment du débit volumique dans la vanne mélangeuse ( 12), la température extérieure et/ou du débit d'air à travers l'échangeur de chaleur ( 16). 14 ) Installation de régulation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu' un grand nombre de valeurs de correction sont enregistrées dans une courbe caractéristique de correction. ) Installation de régulation selon la revendication 9, i O caractérisée en ce qu' un grand nombre de valeurs de correction ou un grand nombre de courbes caractéristiques de correction sont enregistrées dans un champ de caractéristiques. 16 ) Installation de régulation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la vanne mélangeuse ( 12) est calibrée en permanence en tenant compte des valeurs de correction.