Brevet FR2944237A1 — publié le 20101015

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir un ensemble moteur à l'aide d'un liquide de refroidissement refroidi par un radiateur couplé à un ventilateur à plusieurs niveaux de vitesse. L'invention s'applique avantageusement aux véhicules automobiles électriques. Dans un moteur à combustion interne, les combustions répétées surchauffent les pièces en contact, comme par exemple les pistons, les cylindres, et les soupapes, et se diffusent sur l'ensemble des pièces mécaniques du moteur. Il faut donc les refroidir sous peine de destruction. Pour un bon fonctionnement, les moteurs à explosion ont ainsi besoin d'une température régulière et adaptée. Dans le cas d'un véhicule à propulsion électrique, il est également nécessaire de refroidir les différents éléments de la chaîne de traction. Il est connu d'utiliser un système de refroidissement comprenant une ou plusieurs pompes permettant de faire circuler un liquide de refroidissement à travers le moteur, ainsi qu'un radiateur, qui est un échangeur de température permettant de refroidir le liquide. Le radiateur est généralement couplé à un ventilateur. Le ventilateur est un appareil à pales entraîné par un moteur et utilisé pour forcer le passage de l'air extérieur dans le radiateur, en vue de lui faire absorber la chaleur du liquide de refroidissement du moteur. Pour adapter le refroidissement au refroidissement souhaité, le ventilateur est typiquement à plusieurs vitesses, qui sont commandées par des interrupteurs appelés relais de commande. Afin de ne pas user les relais de commande, il est souhaitable de ne pas les commuter trop souvent. Le dispositif selon l'invention permet d'atteindre cet objectif. L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement qui permet d'allonger la durée de vie des relais de commande du ventilateur. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir un ensemble moteur à l'aide d'un liquide de refroidissement refroidi par un radiateur couplé à un ventilateur à plusieurs niveaux de vitesse, le ventilateur étant commandé par un système de commande. Conformément au dispositif selon l'invention, le système de commande est apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur en fonction de la température du liquide de refroidissement, la commande du passage d'un niveau de vitesse inférieur à un niveau de vitesse supérieur du ventilateur étant fonction d'une température de consigne dite montante, la commande du passage dudit niveau de vitesse supérieur audit niveau de vitesse inférieur étant fonction d'une température de consigne dite descendante inférieure à la température de consigne montante. Ainsi, la commande en hystérésis des changements de vitesse du ventilateur permet de ne pas réaliser des commutations trop fréquentes des relais de commande. Le ventilateur peut être en outre couplé à un système de climatisation et le système de commande est avantageusement apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur en fonction d'un besoin de refroidissement du système de climatisation. Le véhicule automobile peut être un véhicule électrique et l'ensemble moteur peut comprendre un système électronique de pilotage. Le véhicule électrique peut comprendre un ensemble chargeur de batterie et le circuit de refroidissement est avantageusement apte à refroidir l'ensemble chargeur et l'ensemble moteur. Le système de commande est de préférence apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur en fonction d'un besoin de refroidissement de l'ensemble chargeur ou de l'ensemble moteur. Le dispositif peut comprendre une première pompe apte à alimenter sélectivement en liquide de refroidissement l'ensemble moteur et une deuxième pompe apte à alimenter sélectivement en liquide de refroidissement l'ensemble chargeur. A cet effet, le dispositif peut comprendre une première vanne apte à empêcher un passage de liquide de refroidissement dans l'ensemble chargeur et une deuxième vanne apte à empêcher un passage de liquide de refroidissement dans l'ensemble moteur. Le dispositif peut également comprendre une restriction hydraulique permettant de maintenir un débit minimum de liquide de refroidissement dans l'ensemble moteur. Le système de commande est avantageusement apte à asservir le débit de chaque pompe dans un système de régulation en boucle fermée en fonction de la température du liquide de refroidissement et d'une température de consigne. Ainsi, l'asservissement du débit de chaque pompe en boucle fermée permet de limiter son usure et sa consommation d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre sous forme de schéma-blocs un dispositif de refroidissement selon l'invention, intégré à un véhicule électrique, - la figure 2 illustre sous forme de schéma-blocs une stratégie de commande du dispositif, - la figure 3 est un premier diagramme utile à la compréhension de la stratégie de commande, - la figure 4 illustre sous forme de schéma-blocs une partie de la stratégie de commande, et - la figure 5 est un deuxième diagramme utile à la compréhension de la stratégie de commande. Le dispositif de refroidissement 1, tel qu'illustré à la figure 1, comprend une première pompe électrique 2, une deuxième pompe électrique 3, un chargeur 4 de batterie, un ensemble moteur 5, un radiateur 6, ainsi qu'une première électrovanne 7 et une deuxième électrovanne 8. La première pompe électrique 2, la deuxième pompe électrique 3, la première électrovanne 7 et la deuxième électrovanne 8 sont reliées à un dispositif de commande 9. La première pompe électrique 2 est destinée à être utilisée lors du roulage du véhicule, tandis que la deuxième pompe électrique 3 est destinée à être utilisée lors de la recharge de la batterie. Le débit de la première pompe 2 et le débit de la deuxième pompe 3 peuvent être réglés à l'aide d'un signal de commande. Le chargeur 4 permet, lorsque le véhicule est à l'arrêt, de 20 recharger la batterie électrique de traction, non représentée, à partir du réseau électrique domestique. La première électrovanne 7 permet de court-circuiter la deuxième pompe 3 et le chargeur 4, lors du roulage du véhicule, tandis que la deuxième électrovanne 8 permet de court-circuiter l'ensemble 25 moteur 5 lors du chargement de la batterie, lorsqu'on estime que le refroidissement de l'ensemble moteur 5 n'est pas nécessaire. La deuxième électrovanne 8 peut être reliée à une restriction hydraulique 10 qui permet de réaliser une perte de charge et de conserver ainsi un débit de liquide de refroidissement dans l'ensemble moteur 5, même 30 lorsque la deuxième électrovanne 8 est passante L'ensemble moteur 5 comprend un moteur 11 et un système électronique de pilotage 12 destiné notamment à transformer la tension continue de la batterie en tension alternative. Le radiateur 6 permet de refroidir le liquide de refroidissement, de manière similaire au dispositif de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Il est équipé d'un moto-ventilateur 13 muni de pales en rotation. Le ventilateur 13 peut comprendre trois niveaux de vitesse de rotation des pales : une vitesse nulle, une petite vitesse et une grande vitesse. Il est nécessaire de refroidir l'ensemble moteur 5 lors du roulage du véhicule, ainsi que le chargeur 4 lorsque le véhicule est à l'arrêt. La stratégie de refroidissement est gérée par le dispositif de commande 9. Le dispositif de commande 9 est un calculateur qui est en liaison avec des capteurs du circuit de refroidissement, en particulier des capteurs de température du liquide de refroidissement. Le calculateur 9 pilote en outre les pompes 2,3, les électrovannes 7,8, ainsi que le groupe moto-ventilateur du radiateur 6. Le calculateur 9 est en outre avantageusement relié à d'autres calculateurs du véhicule, via un réseau de type bus CAN (Controller Area Network) par exemple, afin d'obtenir d'autres mesures nécessaires à la stratégie de refroidissement. La stratégie de commande du circuit de refroidissement peut être réalisée sous la forme de trois modules A,B,C, tel qu'illustré à la figure 2. Le module A concerne la régulation de la température du liquide de refroidissement. Le module B concerne le choix de la pompe électrique 2,3. Le module C concerne quant à lui la commande du ventilateur 13. Le module A est chargé d'élaborer une commande de débit de liquide de refroidissement selon l'état du véhicule (roulage ou recharge 30 de la batterie à l'arrêt). Les entrées du module A sont : - la température T du liquide de refroidissement : elle peut être obtenue à l'aide d'un ou plusieurs capteurs de température, - la température Text à l'extérieur du véhicule, et - la vitesse V du véhicule. Les entrées du module B sont : - la commande de débit Dcom issue du module A, et - l'état E du véhicule : c'est un signal en provenance du calculateur central de la voiture qui vaut 1 si on est en mode recharge de la batterie du véhicule et qui vaut 0 si on est en mode roulage. Les sorties du module B sont : - la commande du débit Dcomi de la première pompe, utilisée en mode roulage. Il s'agit d'un signal compris entre 0 et 100 et exprimant le pourcentage du débit maximum pouvant être réalisé par la pompe, et - la commande du débit Dcom2 de la deuxième pompe, utilisée en mode recharge. Il s'agit d'un signal compris entre 0 et 100 et exprimant le pourcentage du débit maximum pouvant être réalisé par la pompe. De manière simple, on peut choisir de n'utiliser que la deuxième pompe si le signal de l'état du véhicule vaut 1 et de n'utiliser que la première pompe si le signal de l'état du véhicule vaut 0. L'objectif du module B est de faire varier automatiquement la commande de débit entre une valeur minimum de débit Dmin et une valeur maximum de débit Dmax, en fonction de la température du liquide de refroidissement. Tant que la température du liquide de refroidissement est inférieure à une température de consigne, la commande de débit reste à la valeur minimale Dmin• Dès que la température du liquide de refroidissement dépasse la température de consigne, la commande de débit est obtenue par régulation en boucle fermée, la consigne considérée étant la température de consigne, et la boucle de réaction considérée étant la température mesurée du liquide de refroidissement. Les entrées du module C sont : - le signal de refroidissement Sr. Il s'agit d'un signal logique élaboré par exemple dans le calculateur central. Ce signal est la synthèse des différents signaux en provenance des différents organes du système de traction, qui peuvent être des capteurs de température disposés à proximité du moteur, du chargeur et/ou du système électronique de pilotage. Si le signal vaut 0, il n'y a aucune alerte de température en provenance des organes. S'il vaut 1, cela signifie qu'au moins un des organes commence à être chaud, et s'il vaut 2, cela indique qu'au moins un des organes est en défaut du fait d'une surchauffe. Ainsi, dès que le signal est différent de 0, l'intensité du refroidissement doit être augmentée, - la vitesse V du véhicule, - la température T du liquide de refroidissement, et - la commande Cc. Il s'agit d'un signal logique, interne au calculateur central, et qui est élaboré par un module chargé de réaliser les commandes de régulation du système de climatisation du véhicule. Le signal Cc peut prendre la valeur 0 (pas de commande du ventilateur), la valeur 1 (commande du ventilateur en petite vitesse) ou la valeur 2 (commande du ventilateur en grande vitesse). La sortie du module C est la commande Cä qui est envoyée au ventilateur. La commande Cä tient compte à la fois du besoin de refroidissement du système de climatisation et du besoin de refroidissement du circuit de la chaîne de traction. La commande Cä peut prendre la valeur 0 (pas de commande du ventilateur), la valeur 1 (commande du ventilateur en petite vitesse) ou la valeur 2 (commande du ventilateur en grande vitesse). La figure 3 montre différentes températures de consigne en fonction de la vitesse du véhicule. La température TO représente la consigne de température pour la boucle de régulation du débit des pompes du circuit de refroidissement. La température Ti correspond au seuil de température au-dessus duquel le ventilateur passe de la vitesse nulle à la petite vitesse. La température Ti est supérieure à TO, car on cherche à solliciter le ventilateur uniquement si la régulation de débit est insuffisante. La température T2 correspond au seuil de température au-dessus duquel le ventilateur passe de la petite vitesse à la grande vitesse. La température T3 correspond au seuil de température au- dessous duquel le ventilateur passe de la grande vitesse à la petite vitesse, et la température T4 correspond au seuil de température au-dessous duquel le ventilateur passe de la petite vitesse à la vitesse nulle. Les courbes TO à T4 peuvent constituer des cartographies 15 programmables dans le calculateur. La stratégie de commande du ventilateur est illustrée à la figure 4, qui constitue une vue de détail du module C. Le module C est composé de quatre blocs Cl à C4. Le bloc Cl surveille le signal de refroidissement Sr pour voir si un 20 des organes de la chaîne de traction nécessite un refroidissement. Le bloc Cl élabore alors un signal, qui, s'il y a une alerte thermique sur un des composants, entraîne la commande du ventilateur en grande vitesse. Le bloc C2 vérifie si la température T du liquide de 25 refroidissement est en dessous ou au-dessus des quatre seuils de température Tl à T4. Le bloc C3 est un automate qui élabore la commande C, qui est envoyée au ventilateur. En prenant l'exemple de la transition de vitesse entre la vitesse nulle et la petite vitesse du ventilateur, le passage de la 30 vitesse nulle à la petite vitesse est commandé par le bloc C3 si le bloc Cl ne signale pas d'alerte thermique sur l'un des composants et si l'une au moins des deux conditions suivantes est satisfaite : - la température T du liquide de refroidissement est comprise entre Tl et T2, - la commande Cc prend la valeur 1. Inversement, le passage de la petite vitesse à la vitesse nulle est commandé par le bloc C3 si les trois conditions suivantes sont satisfaites : - le bloc Cl ne signale pas d'alerte thermique sur l'un des 10 composants, - la température T du liquide de refroidissement est inférieure à T4, - la commande Cc prend la valeur 0. Le bloc C4 est un bloc de temporisation qui permet de diminuer 15 encore davantage la sollicitation des relais de commande du ventilateur. Grâce au bloc C4, on maintient un intervalle de temps minimum entre deux changements de niveau de vitesse du ventilateur. Le bloc C4 peut notamment être mis en oeuvre si les écarts entre les différentes températures de consigne montante et descendante sont trop faibles. 20 La figure 5 montre l'évolution de la température T du liquide de refroidissement et des températures Tl à T4 en fonction du temps, ainsi que l'évolution de la commande C, envoyée au ventilateur en fonction du temps, pour un vitesse du véhicule d'environ 10 km/h. Au début, la température T est de 30°C et la commande C, est à 25 0. La température T augmente ensuite jusqu'à atteindre la température Tl. A cet instant, la commande C, prend la valeur 1 et entraîne le passage Po_1 du ventilateur de la vitesse nulle à la petite vitesse. Lorsque la température T atteint la valeur T2, la commande C, prend la valeur 2 et le dispositif commande le passage P1->2 du ventilateur de la 30 petite vitesse à la grande vitesse. La température T atteint ensuite un maximum, puis commence à décroître. Lorsque la température T atteint la valeur T3, la commande C, prend la valeur 1 et le dispositif commande le passage PZ_1 du ventilateur de la grande vitesse à la petite vitesse. La température T continue ensuite de baisser et atteint la valeur T4. La commande C, prend alors la valeur 0 et le dispositif commande le passage P1_o du ventilateur de la petite vitesse à la vitesse nulle. Comme la température T3 est inférieure à la température T2, et que la température T4 est inférieure à la température T1, la commutation des relais de commande est retardée, ce qui permet d'allonger leur durée de vie. Bien que le dispositif décrit ci-dessus comprenne deux pompes, l'invention peut également concerner un dispositif comprenant une ou plus de deux pompes. Elle peut également s'appliquer à un moteur à essence équipé de pompes à eau électriques. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement (1) pour véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir un ensemble moteur (5) à l'aide d'un liquide de refroidissement refroidi par un radiateur (6) couplé à un ventilateur (13) à plusieurs niveaux de vitesse, le ventilateur (13) étant commandé par un système de commande (9), caractérisé en ce que le système de commande (9) est apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur (13) en fonction de la température du liquide de refroidissement, la commande du passage d'un niveau de vitesse inférieur à un niveau de vitesse supérieur du ventilateur (13) étant fonction d'une température de consigne dite montante, la commande du passage dudit niveau de vitesse supérieur audit niveau de vitesse inférieur étant fonction d'une température de consigne dite descendante inférieure à la température de consigne montante. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (13) est en outre couplé à un système de climatisation et en ce que le système de commande (9) est apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur (13) en fonction d'un besoin de refroidissement du système de climatisation. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le véhicule automobile est un véhicule électrique et en ce que l'ensemble moteur (5) comprend un système électronique de pilotage (12). 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le véhicule électrique comprend un ensemble chargeur (4) de batterie et en ce que le circuit de refroidissement est apte à refroidir l'ensemble chargeur (4) et l'ensemble moteur (5). 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de commande (9) est apte à commander le niveau de vitesse du ventilateur (13) en fonction d'un besoin de refroidissement de l'ensemble chargeur (4) ou de l'ensemble moteur (5). 6. Dispositif (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une première pompe (2) apte à alimenter sélectivement en liquide de refroidissement l'ensemble moteur (5) et une deuxième pompe (3) apte à alimenter sélectivement en liquide de refroidissement l'ensemble chargeur (4). 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première vanne (7) apte à empêcher un passage de liquide de refroidissement dans l'ensemble chargeur (4) et une deuxième vanne (8) apte à empêcher un passage de liquide de refroidissement dans l'ensemble moteur (5). 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une restriction hydraulique (10) permettant de maintenir un débit minimum de liquide de refroidissement dans l'ensemble moteur (5). 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le système de commande (9) est apte à asservir le débit de chaque pompe (2,3) dans un système de régulation en boucle fermée en fonction de la température du liquide de refroidissement et d'une température de consigne.