Brevet FR2959005A1 — publié le 20111021

Valeo Ref : TFR0787 1 PROCEDE DE DETECTION DU GIVRE SUR UN ECHANGEUR ET PROCEDE DE CONTROLE D'UNE BOUCLE Le secteur technique de la présente invention est celui des boucles de 5 climatisation autrement appelées boucles ou circuits de réfrigération. L'invention vise un procédé de contrôle d'une telle boucle. Une boucle de climatisation est classiquement utilisée sur les véhicules automobiles pour générer un flux d'air chaud ou un flux d'air froid envoyé dans l'habitacle du véhicule. Cette boucle comprend un condenseur, un organe de 10 détente, un évaporateur et un compresseur parcourus dans cet ordre par un fluide réfrigérant. Le condenseur est un échangeur traversé par un flux d'air extérieur alors que l'évaporateur est un échangeur traversé par le flux d'air intérieur, c'est-à-dire le flux d'air envoyé dans l'habitacle du véhicule automobile. 15 II est connu de faire fonctionner ce type de boucle selon deux modes : un premier mode connu sous le nom de mode refroidissement dans lequel le fluide réfrigérant traversant le condenseur est refroidi par le flux d'air extérieur alors' que le fluide réfrigérant traversant l'évaporateur est réchauffé par l'air intérieur propulsé à 20 son travers. Un deuxième mode connu sous l'appellation mode chauffage ou mode pompe à chaleur au cours duquel le sens de circulation du fluide réfrigérant est inversé par rapport au mode climatisation et où le fluide réfrigérant traversant le condenseur est réchauffé par le 25 flux d'air extérieur alors que le fluide réfrigérant qui traverse l'évaporateur est refroidit par le flux d'air intérieur. En mode chauffage, ce type de boucle de climatisation présente un inconvénient majeur. En effet, quand la température extérieure est proche ou inférieure à 0°C, il n'est pas rare de voir une accumulation de glace sur le 30 condenseur qui bouche la face du condenseur normalement traversée par l'air extérieur. En effet, en mode chauffage, le condenseur est à une température inférieure à la température de l'air extérieur, l'humidité présente dans cet air se condense donc sur la face du condenseur et gèle formant ainsi une couche de glace qui bloque le passage de l'air dans le condenseur. Dans un tel cas, Valeo Ref : TFR0787 2 l'utilisation de la boucle en mode chauffage n'est pas intéressante, car son coefficient de performance (COP) est trop faible. En outre, la formation de glace ou de givre sur le condenseur peut survenir véhicule à l'arrêt dans un parking en raison des conditions climatiques. Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en proposant un procédé pour détecter l'état de givrage du condenseur de sorte à pouvoir le dégivrer ou déglacer avant la mise en fonctionnement de la boucle de climatisation. Le procédé objet de l'invention trouve une application particulière avant la mise en fonctionnement 1 o de la boucle de climatisation mais il permet aussi de surveiller la survenance de glace sur le condenseur à tous moments de sorte à mettre en oeuvre le procédé pour dégivrer le condenseur de manière préventive et éviter un arrêt total du mode chauffage de la boucle de climatisation. L'invention a donc pour objet un procédé de détection de givre sur un 15 échangeur d'une boucle de climatisation fonctionnant en mode chauffage, ladite boucle comprenant ledit échangeur et un compresseur, ledit échangeur est traversé par un flux d'air extérieur propulsé par un ventilateur actionné par un moteur électrique, caractérisé par les étapes suivantes : d) on actionne le moteur du ventilateur, 20 e) on mesure l'intensité consommée par le moteur, f) on compare l'intensité mesurée avec une intensité seuil, g) quand l'intensité mesurée est supérieure à ladite intensité seuil, on délivre une information de présence de givre sur le condenseur, h) quand l'intensité mesurée est inférieure à ladite intensité seuil, on 25 délivre une information d'absence de givre sur le condenseur. Selon une première caractéristique, préalablement à l'étape d) : a) on compare une température extérieure avec une température seuil, b) si la température extérieure est inférieure à ladite température seuil, on met en oeuvre les étapes d) à h), 30 c) si la température extérieure est supérieure à ladite température seuil, on délivre une autorisation de mise en fonctionnement de la boucle de climatisation en mode chauffage. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, l'intensité seuil est la somme d'une part d'une intensité de base déterminée par une tension Valeo Ref : TFR0787 3 d'alimentation d'un moteur du ventilateur divisé par l'impédance dudit moteur, ladite impédance étant variable en fonction de la température extérieure, avec d'autre part une marge de sécurité. Selon une autre caractéristique du procédé, à l'étape d) on actionne le moteur du ventilateur selon une tension supérieure ou égale à une tension seuil et inférieure à une tension maximum d'alimentation du moteur, ladite tension seuil étant égale à 50% de la tension maximum. L'invention vise aussi un procédé de contrôle d'une boucle de climatisation fonctionnant en mode refroidissement et en mode chauffage, ladite boucle comprenant un échangeur et un compresseur, dans lequel : i) on utilise le procédé de détection de givre évoqué ci-dessus, j) à la délivrance de l'information de présence de givre sur le condenseur, on met en oeuvre la boucle de climatisation dans le mode refroidissement pendant un temps prédéterminé et on incrémente un compteur, le temps prédéterminé étant inférieur à 3 minutes, ou k) à la délivrance de l'information d'absence de givre sur le condenseur, on autorise la mise en oeuvre du mode chauffage de la boucle de climatisation. Avantageusement, à l'étape j), on maintient à l'arrêt le moteur du ventilateur. Alternativement, à l'étape j), il) on détermine une pression de décharge du compresseur, j2) on détermine une pression seuil en fonction de la température extérieure, la pression seuil augmentant quand la température extérieure baisse, j3) on compare la pression de décharge et la pression seuil, et J4) on maintient à l'arrêt le ventilateur tant que la pression de décharge est inférieure à la pression seuil, ou j5) on met progressivement en fonctionnement le ventilateur quand la pression de décharge est supérieure à la pression seuil. Avantageusement encore, à l'issue de l'étape j4) on itère le procédé de détection de givre ou à l'issue de l'étape j5) on itère le procédé de détection de givre en le débutant à l'étape e). Selon une première caractéristique de l'invention, à l'issue de l'étape k) : I) on compare une vitesse du véhicule avec une vitesse seuil, Valeo Ref : TFR0787 4 m) on vérifie la présence d'incrément au compteur. n) si la vitesse du véhicule est inférieure à ladite vitesse seuil ou si le compteur présente un incrément, on alimente le moteur du ventilateur à une tension maximum pendant une durée déterminée, ladite durée déterminée étant comprise entre 120 et 300 secondes. o) si la vitesse du véhicule est supérieure à ladite vitesse seuil ou si le compteur ne présente pas d'incrément, on met en fonctionnement la boucle de climatisation en mode chauffage. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans la possibilité de détecter si la face du condenseur traversée par l'air extérieur est obstruée de sorte à mettre en oeuvre moyen ou un procéder pour dégivrer ou déglacer le condenseur quand la boucle de climatisation fonctionne en mode chauffage, garantissant ainsi un fonctionnement continu de la boucle de climatisation. Un autre avantage réside dans le fait que le procédé de détection est mis en oeuvre avant la mise en fonctionnement de la boucle de chauffage pour éviter les arrêts du mode chauffage en raison de la présence de givre sur le condenseur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en 20 relation avec des dessins dans lesquels : - la figure la est une vue en perspective de la boucle de climatisation placé sous la dépendance du procédé de détection de givre et du procédé de contrôle selon l'invention, - la figure 1.b est une vue schématique d'une même boucle, incluant des 25 composants supplémentaires, - la figure 2 est un logigramme illustrant le procédé de détection de givre et le procédé de contrôle de la boucle de climatisation. La figure 1 illustre une vue d'ensemble d'une boucle de climatisation 1 intégrée à un véhicule. La boucle de climatisation comprend un circuit fermé de 30 fluide frigorigène ou fluide réfrigérant. La boucle de climatisation 1 comprend principalement un compresseur 14, un échangeur 11 traversé par un flux d'air 16 extérieur au véhicule, un organe de détente 12 et un échangeur intérieur 13, parcourus dans cet ordre par le fluide frigorigène. Le circuit de boucle peut également comporter un accumulateur 17 placé entre la sortie de l'échangeur Valeo Ref : TFR0787 intérieur 13 et l'entrée du compresseur 14 pour éviter les coups de liquide. Alternativement à l'accumulateur 17, la boucle de climatisation peut comporter une bouteille déshydratante (non représentée) placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'organe de détente. L'organe de détente est un détendeur à contrôle thermostatique, un détendeur à contrôle électronique ou un orifice calibré. L'échangeur 11 reçoit le flux d'air extérieur 16 qui traverse une face 11 a de l'échangeur orienté vers l'avant du véhicule de sorte à évacuer ou capter les calories présents dans le flux d'air extérieur. Dans certaines conditions de fonctionnement détaillées plus loin, le flux d'air extérieur est mis en mouvement ou propulsé par un ventilateur 15 actionné par un moteur 2. L'échangeur intérieur 13 reçoit un flux d'air d'un pulseur 3 alimenté par un flux d'air 18 extérieur au véhicule ou un flux d'air intérieur, c'est-à-dire en provenance de l'intérieur de l'habitacle du véhicule de sorte à produire un flux d'air climatisé 21 qui est envoyé vers l'habitacle du véhicule. Un filtre 20 est placé sur le trajet du flux d'air extérieur 18 pour retirer les impuretés et poussières présents dans ce flux d'air. L'échangeur 11 comporte deux collecteurs verticaux dont la fonction est de distribuer le fluide frigorigène dans des tubes horizontaux qui dans leur ensemble définissent la face 11 a de l'échangeur 11. Des intercalaires ou ailettes sont interposées entre chaque tube de sorte à augmenter la surface d'échange avec le flux d'air extérieur. L'échangeur intérieur 11 ainsi que le pulseur 20 sont situés dans le compartiment habitacle du véhicule et les autres éléments de la boucle de 25 climatisation 1 sont situés dans le compartiment moteur. Dans l'exemple de la figure la, le circuit de climatisation est parcouru par un fluide frigorigène sous-critique, par exemple le fluide frigorigène R134a ou 1234YF. Un tel fluide a une pression critique supérieure à la pression de la source chaude. Dans les circuits de climatisation utilisant de tels fluides, 30 l'échangeur 11 est un condenseur. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à des circuits de climatisation fonctionnant avec des fluides frigorigènes sous-critiques. En particulier, la boucle de climatisation peut-être parcourue par un fluide frigorigène supercritique, par exemple le fluide frigorigène CO2. Pour les fluides Valeo Ref : TFR0787 6 supercritiques, la haute pression à forte température est supérieure à la pression critique du fluide. Dans un tel circuit, l'échangeur 11 est un refroidisseur externe (en anglais "gas cooler"). Dans les circuits de climatisation utilisant un fluide supercritique, le refroidissement du fluide après compression n'entraîne pas de changement de phase. Le fluide ne passe à l'état liquide qu'au cours de la détente. Dans la suite, la description sera faite en référence à une boucle de climatisation fonctionnant avec un fluide frigorigène sous-critique tel que le R134a, à titre d'exemple non limitatif. La figure 1b représente de manière schématique le circuit de la boucle de climatisation 1. La boucle peut fonctionner selon au moins deux modes : le mode refroidissement et le mode chauffage. Dans le mode refroidissement, le compresseur 14 comprime le fluide frigorigène qui circule vers l'échangeur 11. Ce dernier échange avec le flux d'air extérieur, le fluide frigorigène cédant des calories au flux d'air. On comprend donc que le flux d'air est réchauffé par son passage au travers de l'échangeur 11 alors que le fluide frigorigène s'en trouve refroidit. De manière optionnelle, la boucle de climatisation comporte en outre un échangeur de chaleur interne 9. Ce dernier met en oeuvre un échange thermique entre le fluide frigorigène soumis à une haute pression / haute température avec le même fluide frigorigène soumis à basse pression / basse température. Cet échangeur de chaleur interne 9 améliore l'efficacité globale de la boucle de climatisation. Après avoir traversé l'échangeur de chaleur interne 9, le fluide frigorigène est détendu par l'organe de détentel2. Le fluide pénètre alors dans l'échangeur intérieur 13 qui se comporte alors comme un évaporateur, refroidissant le flux d'air 21 qui passe à son travers. Le fluide frigorigène continu son chemin dans l'accumulateur 17 pour finalement retourner vers l'entrée du compresseur 14. Le sens de circulation du fluide frigorigène en mode refroidissement est symbolisé par les flèches en trait plein. En mode chauffage, le fluide frigorigène circule en sens opposé tel que représenté par des flèches en trait interrompu. On comprend donc que l'échangeur intérieur 13 reçoit le fluide frigorigène soumis à haute pression et à haute température. Cet échangeur intérieur 13 se comporte alors comme un Valeo Ref : TFR0787 7 condenseur et le flux d'air climatisé 21 qui le traverse se trouve alors réchauffé et envoyé dans l'habitacle du véhicule. Après détente par l'organe de détente 12, le fluide frigorigène traverse l'échangeur 11 et l'air qui le traverse est refroidit par échange avec le fluide réfrigérant. En cette situation, l'eau contenue dans l'air se condense sous l'effet du refroidissement et vient se déposer sur les ailettes de l'échangeur 11. Comme la température extérieure est basse, cette eau gèle et bloque le passage du flux d'air au travers de l'échangeur 11. Les termes entrée et sortie sont utilisés en référence au sens du fluide ou du flux qui traverse le composant. Par exemple, la sortie du condenseur est un orifice du condenseur par lequel le fluide frigorigène est évacué du condenseur alors que l'entrée du condenseur est un orifice par lequel le fluide frigorigène est introduit dans le condenseur. La figure 2 montre un logigramme illustrant le procédé de détection selon l'invention. La référence 100 correspond à un démarrage du véhicule par l'utilisateur ou à une requête de chauffage de l'habitacle effectué par l'utilisateur se traduisant par une demande de mise en oeuvre du mode chauffage de la boucle de climatisation 1. A l'étape a), le procédé mesure la température extérieure à l'habitacle du véhicule ou récupère l'information de température extérieure sur le réseau du véhicule quand celle-ci est déjà disponible. On compare alors cette température extérieure avec une température seuil, cette dernière étant inférieure à 0°C. Si la température extérieure est supérieure à la température seuil (état c), le procédé délivre une autorisation de mise en fonctionnement de la boucle de climatisation en mode chauffage. On détecte à ce stade que le risque de présence de givre sur l'échangeur 11 est inexistant puisque la température extérieure n'est pas suffisamment basse pour qu'une formation de gel apparaisse sur l'échangeur 11. Si la température extérieure est inférieure à ladite température seuil (état b), on actionne le moteur 2 du ventilateur 15 (action d). Le givre obstruant la face 11 a de l'échangeur vouée à être traversée par le flux d'air extérieur 16, le flux d'air ne peut pas circuler au travers de l'échangeur 11 et se trouve dévié sur les côtés comme illustré par les flèches référencées 6 sur la figure la. La tension d'alimentation du moteur 2 est une tension supérieure ou égale à une Valeo Ref : TFR0787 8 tension seuil mais inférieure à une tension maximum d'alimentation du moteur. La tension seuil peut prendre une valeur équivalente à 50% de la tension maximum d'alimentation du moteur 2. A titre d'exemple, si la tension maximum est 12 volts, la tension d'alimentation sera de 6 volts au minimum. Le fait de choisir une tension au moins égale à 50% de la tension d'alimentation maximum permet de faire une mesure de courant à l'étape suivante qui sera suffisamment représentative pour déterminer l'état d'obstruction de la face Il a de l'échangeur 11 tout en évitant une consommation électrique trop importante, spécialement quand le procédé de détection est mis en oeuvre au démarrage du véhicule. On comprendra que la tension d'alimentation du moteur est évidement étroitement liée à la vitesse de rotation du ventilateur 15, une tension maximum provoquera une vitesse de rotation maximum dudit ventilateur. A l'étape e), on mesure alors l'intensité consommée par le moteur 2 par 15 un moyen lecture tel qu'un calculateur relié à un shunt placé sur un conducteur électrique alimentant le moteur 2. On effectue alors une comparaison entre la valeur de l'intensité mesurée et la valeur seuil (étape f) ce qui permet de connaître l'état de la face 11a de l'échangeur 11. L'intensité seuil est la somme des éléments suivants : 20 une part une intensité de base déterminée par une tension d'alimentation d'un moteur 2 du ventilateur 15 divisé par l'impédance dudit moteur, ladite impédance étant variable en fonction de la température extérieure, - avec d'autre part une marge de sécurité, de sorte éviter une mise 25 en fonctionnement inopportune de la boucle de climatisation en mode refroidissement. L'idée est de couvrir les marges d'erreur dans la mesure de l'intensité et de délivrer une information certaine. Quand l'intensité mesurée est supérieure à ladite intensité seuil (état g), 30 on délivre une information de présence de givre sur le condenseur. La présence de givre sur l'échangeur créé une perte de charge aéraulique qui se traduit par une augmentation de l'intensité consommé par le moteur 2. A l'inverse, quand l'intensité mesurée et consommée par le moteur électrique 2 est inférieure à ladite intensité seuil (état h), le procédé délivre une Valeo Ref : TFR0787 9 information indiquant qu'il n'y a pas de givre sur le condenseur car la perte de charge aéraulique est normale. Le procédé de détection du givre décrit ci-dessus forme une brique d'un procédé de contrôle de la boucle de climatisation 1. A la délivrance de l'information de présence de givre sur le condenseur (état g), le procédé de contrôle de la boucle de climatisation effectue une requête en fonctionnement de la boucle en mode refroidissement (action j). La mise en fonctionnement de la boucle dans ce mode va créer un point chaud au niveau de l'échangeur 11 et ainsi dégivrer très rapidement l'échangeur 11. La requête est effectuée pour une durée déterminée limitée au maximum à 2-3 minutes. Parallèlement à cette mise en fonctionnement de la boucle en mode refroidissement, un compteur est incrémenté à chaque requête en dégivrage. Si le procédé de détection du givre détecte une fois du givre sur l'échangeur et que la boucle est par conséquent commandée une fois en mode climatisation pour dégivrer l'échangeur 11, le compteur s'incrément de un. Pendant la phase de dégivrage correspondant à la mise en fonctionnement de la boucle de climatisation en mode refroidissement, le procédé de contrôle peut imposer un arrêt total du moteur 2 du ventilateur 15. Alternativement, le procédé de contrôle détermine une pression de décharge du compresseur (état ji) soit en la mesurant en sortie de compresseur via un capteur implanté dans la boucle, soit en l'estimant à partir de paramètres disponibles sur le réseau du véhicule. Le procédé de contrôle détermine aussi une pression de décharge compresseur seuil en fonction de la température extérieure du véhicule, la pression seuil augmentant quand la température extérieure baisse (état j2). Le procédé de contrôle compare alors la pression de décharge mesurée ou estimée et la pression de décharge seuil (étape j3) et impose un arrêt ou maintien à l'arrêt (action j4) le moteur 2 du ventilateur 15 tant que la pression de décharge mesurée ou estimée est inférieure à la pression seuil. Dans le cas contraire, c'est-à-dire quand la pression de décharge du compresseur est supérieure à la pression de décharge seuil, le procédé met progressivement en fonctionnement le moteur 2 ventilateur 15 (action j5) quand la pression de décharge du compresseur est supérieure à la pression de décharge seuil. On entend par progressivement une augmentation progressive de la tension d'alimentation du moteur 2 Valeo Ref : TFR0787 10 proportionnellement à l'augmentation de la pression de décharge mesurés ou estimée en sortie de compresseur. Selon une autre alternative, le procédé selon l'invention applique la tension maximale au moteur (2) du ventilateur (15) de manière indépendante 5 de la pression de décharge évoquée ci-dessus. On notera que si le moteur 2 du ventilateur est en fonctionnement à l'issue du temps déterminé pour mettre en fonctionnement la boucle de climatisation en mode refroidissement, le procédé est itéré par renvoi à l'étape e) de mesure de l'intensité consommée par le moteur 2. 10 En revanche, si le moteur du ventilateur est arrêté, le procédé de contrôle est renvoyé à la première action d) du procédé de détection pour une nouvelle itération. Dans le cas où le procédé de détection délivre une information d'absence de givre sur le condenseur (état h), le procédé de contrôle autorise la mise en 15 oeuvre du mode chauffage de la boucle de climatisation (action k) mais après avoir fait une vérification supplémentaire correspondant aux étapes I) et m). Cette vérification consiste à comparer la vitesse du véhicule à une vitesse seuil, par exemple 40 km/h (étape I). En parallèle, le procédé de contrôle vérifie la présence d'incrément dans le compteur (état m) comptabilisant la mise en 20 fonctionnement de la boucle en mode refroidissement sur requête du procédé de détection de givre. Si la vitesse du véhicule est inférieure à ladite vitesse seuil ou si le compteur présente un incrément, le procédé de contrôle alimente le moteur 2 du ventilateur 15 à une tension maximum pendant une durée déterminée (action n), cette durée étant comprise entre 120 et 300 secondes. 25 Cette mise en fonctionnement du moteur du ventilateur à vitesse maximum permet d'assécher la face 11 a de l'échangeur 11 en évacuant l'eau fondue et restant sur l'échangeur, ce qui présente l'avantage de retarder ou éviter un nouveau givrage de l'échangeur 11. En revanche, si la vitesse du véhicule est supérieure à ladite vitesse seuil 30 ou si le compteur ne présente pas d'incrément, le procédé de contrôle met en fonctionnement la boucle de climatisation en mode chauffage (action o).