FR2613421A1

FR2613421A1 - Dispositif de refroidissement pour un moteur a combustion interne et procede pour commander un tel dispositif de refroidissement

Info

Publication number: FR2613421A1
Application number: FR8804374A
Authority: FR
Inventors: Roland Saur; Rolf Schaper
Original assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Current assignee: Behr Thomson Dehnstoffregler GmbH and Co
Priority date: 1987-04-04
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1988-10-07
Anticipated expiration: 2008-04-01
Also published as: GB2203268A; FR2613421B1; IT8819573A0; US4955431A; JPS63255509A; GB2203268B; IT1233866B; GB8805454D0; DE3711392C1

Abstract

DANS CE DISPOSITIF COMPORTANT UN ECHANGEUR DE CHALEUR, UNE POMPE A EAU ET UN VENTILATEUR, ENTRAINE PAR UN MOTEUR ELECTRIQUE 14, LA VITESSE DE ROTATION DE CE MOTEUR PEUT ETRE INFLUENCEE PAR UN DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS DE PUISSANCE 16 DONT LA COMMANDE EST REALISEE EN FONCTION D'AU MOINS UN CAPTEUR DETECTANT LA TEMPERATURE DE L'EAU, IL EST PREVU DES CONTACTS DE COMMUTATION 18, 19, 20, 21 ACTIONNES LORSQUE DES SEUILS DE TEMPERATURE DETERMINES T, T, T, T SONT ATTEINTS, LE CONTACT 21 PREVU POUR LE SEUIL DE TEMPERATURE MAXIMUM SHUNTANT LE DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS 16, TANDIS QUE LES AUTRES CONTACTS 18, 19, 20 SONT RELIES A L'AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL 27 PAR DES COMPOSANTS ELECTRONIQUES INFLUENCANT LES PARAMETRES D'ENTREE DE CET AMPLIFICATEUR 27 AFIN QU'IL DELIVRE UN SIGNAL DE SORTIE DETERMINE EN RAPPORT AVEC LE POINT DE FONCTIONNEMENT DESDITS CONTACTS 18, 19, 20. APPLICATION NOTAMMENT AUX SYSTEMES DE REFROIDISSEMENT DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULES AUTOMOBILES.

Description

L'invention concerne un dispositif de refroidis-

sement pour un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, qui comporte un échangeur de chaleur, une pompe à eau de refroidissement et un ventilateur servant à entraîner l'air de refroidissement à travers l'échangeur

de chaleur, ainsi qu'un moteur électrique entraînant le venti-

lateur ou la pompe à eau de refroidissement, et dans lequel la vitesse de rotation du moteur électrique peut être modifiée

à l'aide d'un dispositif à semiconducteurs de puissance bran-

ché dans le circuit du moteur électrique, et la commande du

dispositif à semiconducteurs de puissance s'effectue en fonc-

tion d'au moins un capteur détectant la température de l'eau

de refroidissement ou une grandeur adéquate.

D'après le brevet allemand 28 06 708 on connaît un dispositif servant à régler la température d'un système

de refroidissement d'un moteur à combustion interne, notam-

ment pour des véhicules automobiles. Ce dispositif comporte un circuit, qui relie le moteur à un échangeur de chaleur et

dans lequel circule un fluide de refroidissement,dont la cir-

culation est réalisée au moyen d'une pompe à eau de refroi-

dissement du moteur. En outre ce dispositif comporte un sys-

tème & soufflantes, qui comporte au moins deux unités formant soufflantes pour l'échangeur de chaleur et peut fonctionner dans au moins deux gammes de puissances indépendantes de la

vitesse de rotation du moteur. En outre ce dispositif compor-

te plusieurs contacteurs thermiques, qui sont installés en différents emplacements de mesure et auxquels sont associés des seuils de température déterminés. Lors du dépassement d'un premier seuil de température, les moteurs des soufflantes sont entraînés avec une vitesse de rotation moyenne et, dans le

cas du dépassement d'un second seuil de température, ces mo-

teurs sont entraînés avec la vitesse de rotation maximale.

Cependant un tel dispositif présente l'inconvé-

nient consistant en ce que deux soufflantes complètes (venti-

lateur et moteur) sont nécessaires et que ces soufflantes ne

peuvent fonctionner qu'avec deux vitesses de rotation diffé-

rentes. De cette manière on ne peut tenir compte que d'une manière insuffisante des gammes différentes de températures, qui apparaissent dans un système de refroidissement. En outre dans de tels dispositifs, il est nécessaire de mettre en oeu- vre la vitesse de rotation maximale des soufflantes de sorte que le bruit des soufflantes, qui s'avère gênant à la vitesse

de rotation maximale, apparaît relativement fréquemment.

D'après EP-OS 054 476 on connaît un circuit pour un moteur électrique d'entraînement d'un ventilateur pour un dispositif

de refroidissement d'un moteur à combustion interne de véhi-

cule automobile, dans lequel la commande du moteur électrique s'effectue en fonction de la température respective de l'eau

de refroidissement. La vitesse de rotation du moteur électri-

que peut être modifiée à l'aide d'un dispositif à semiconduc-

teurs de puissance, dont la commande est réalisée par l'inter-

médiaire d'un circuit électronique, en fonction du signal d'un capteur de température. Il est en outre prévu un relais, dont le contact de commutation est branché en parallèle avec le

dispositif à semiconducteurs de puissance et shunte ce der-

nier, dans des états de fonctionnement déterminés. Le relais fait partie d'un circuit de sécurité qui est conçu de telle

sorte que le relais est activé lorsque la commande du tran-

sistor de puissance correspond à une durée de conduction de 100 %. En outre le relais est branché lorsque le capteur de

température est défaillant. Le circuit connu présente assuré-

ment l'avantage consistant en ce qu'une régulation progressi-

ve de la vitesse de rotation du moteur électrique ou du venti-

lateur est possible, mais qu'à cet effet il est nécessaire

d'utiliser un système de commande complexe ou bien des dispo-

sitifs à semiconducteurs très performants et par conséquent onéreux. Il n'est pas judicieux de faire fonctionner le transistor de puissance avec une durée de conduction relative

de plus de 95 %, étant donné que la capacité de charge impul-

sionnelle en courant, notamment de transistors de puissance

métal-oxyde-semiconducteurs est trois à quatre fois plus im-

portante que dans le fonctionnement correspondant à une con-

duction permanente. En outre en raison de la résistance exis-

tant entre les bornes de drain et de source, une tension dé- terminée chute toujours aux bornes du transistor de puissance de sorte que dans le cas d'une durée relative-de conduction

du transistor de puissance de 100 %, on atteint qu'une vites-

se de rotation qui est sensiblement inférieure à la vitesse

de rotation nominale.

C'est pourquoi la présente invention a pour but de créer un dispositif de refroidissement pour un moteur à combustion interne du type indiqué plus haut, dans lequel un circuit de commande simple et constitué par des composants relativement bon marché permette une régulation de la vitesse de rotation du moteur électrique, adaptée à différents niveaux de température du circuit de refroidissement et dans lequel le fonctionnement du moteur d'entraînement, obtenu au moyen du dispositif à semiconducteurs de puissance, soit évité dans

des gammes de vitesses de rotation déterminées défavorables.

En outre il se pose le problème de développer un procédé pour

commander un tel dispositif de refroidissement.

Ce problème est résolu dans un dispositif de refroidissement du type indiqué plus haut, grâce au fait qu'il est prévu au moins trois contacts de commutation, qui sont

actionnés respectivement lorsque des seuils déterminés de tem-

pérature sont atteints, que le contact de commutation prévu pour le seuil maximum de température shunte le dispositif

semiconducteurs de puissance, que les autres contacts de com-

mutation sont reliés à une entrée d'un amplificateur opéra-

tionnel moyennant le montage intercalé de composants électro-

niques, et que les composants électroniques agissent sur les paramètres d'entrée de l'amplificateur opérationnel de telle

sorte que, en rapport au point de fonctionnement de ces con-

tacts de commutation, l'amplificateur opérationnel fournit un signal de sortie déterminé. Les avantages essentiels de l'invention doivent être vus dans le fait que pour réaliser la commande de la vitesse de rotation du moteur, seule une faible dépense en circuit est nécessaire, et que le moteur électrique peut fonctionner néanmoins conformément à une sé-

rie de vitesses de rotation différentes.

Le problème visant à développer un procédé pour

commander un tel dispositif de refroidissement est résolu con-

formément à l'invention grâce au fait que,lorsque des seuils de commutation prédéterminés sont atteints, des contacts de commutation sont fermés successivement au moyen du capteur sensible à la température, ce qui entraine la modification du paramètre d'entrée appliqué & une entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel, et de son niveau de sortie,

et que le disopsitif à semiconducteurs de puissance est com-

mandé, sur la base du niveau de sortie modifié de l'amplifi-

cateur opérationnel, de manière que le moteur électrique fonc-

tionne avec des vitesses de rotation déterminées, associées selon des échelons aux seuils respectifs de commutation, et que lors de la fermeture du dernier contact de commutation,

le dispositif à semicnducteurs de puissance est shunté.

Une forme de réalisation avantageuse de l'objet

de l'invention réside dans le fait que les composants électro-

niques, qui influent sur les paramètres d'entrée, sont des résistances ohmiques. De cette manière on peut adapter d'une

manière simple le montage à n'importe quel dispositif de re-

froidissement étant donné que, pour déterminer la fréquence

de cadence et par conséquent également les échelons de vites-

ses de rotation, il suffit de dimensionner de façon correspon-

dante les résistances ohmiques associées aux contacts de com-

mutation. Afin de réaliser l'intégration des composants,

il est proposé que les contacts de commutation soient dispo-

sés en commun dans un commutateur à gradins. Comme capteur

de température il convient d'utiliser de préférence un élé-

ment formé d'un matériau dilatable, qui fonctionne en coopé-

ration avec le commutateur à gradins. Dans un tel cas il est approprié que le commutateur à gradins soit disposé sur le réservoir d'eau de l'échangeur de chaleur et que l'élément formé d'un matériau dilatable pénètre dans le réservoir d'eau

de manière à être entouré par l'écoulement d'eau de refroi-

dissement. De préférence le dispositif à semiconducteurs

de puissance est un transistor à effet de champ métal-oxyde-

semiconducteur à canal N et l'amplificateur opérationnel est

un générateur de fréquence commandé par la tension. Afin d'ap-

pliquer une tension de commande appropriée à la grille du tran-

sistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, entre

un pôle positif de la source de tension et la grille du tran-

sistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur se trouve branché un transistor de commutation, dont la base est reliée par l'intermédiaire de deux étages de commutation inverseurs

à la sortie du générateur de fréquence.

Etant donné que les courants de branchement de moteurs électriques de grande puissance sont intenses, une commande de la vitesse de rotation, qui doit commencer pour de très faibles vitesses de rotation, ne peut être obtenue

que grâce à un montage en parallèle de dispositifs à semicon-

ducteurs performants. Sous l'effet de l'action de la force

contre-électromotrice, lorsqu'une vitesse de rotation déter-

minée est atteinte, la consommation de courant diminue dans

une gamme dans laquelle des dispositifs à semiconducteurs re-

quérant une puissance plus faible peuvent être utilisés. Pour

cette raison une forme de réalisation avantageuse de la pré-

sente invention consiste en ce qu'il est prévu un contact de commutation qui s'ouvre en fonction de la vitesse de rotation

du moteur électrique et est branché en aval du contact de com-

mutation, qui se ferme en premier, et shunte le dispositif

à semiconducteurs de puissance, jusqu'à ce qu'un premier éche-

lon de la vitesse de rotation soit atteint. Ceci garantit que le démarrage du moteur électrique ne doit pas s'effectuer par l'intermédiaire du dispositif à semiconducteurs de puissance, et que les courants de branchement intenses, qui apparaissent

alors, peuvent être maintenus à l'écart du dispositif à semi-

conducteurs de puissance de sorte que ce dernier ne fonction- ne que dans une gamme de travail, dans laquelle la charge ne prend pas des valeurs extrêmes. En outre le moteur dispose, au démarrage, de la tension complète de sorte que l'on obtient

un couple élevé.

Une autre variante de réalisation de l'objet de l'invention consiste en ce qu'un contact de fermeture d'un

relais muni d'une résistance est prévu dans la branche de dé-

rivation raccordée en parallèle avec les contacts de commuta-

tion munis des résistances, et que la bobine du relais est commandée par un signal qui dépend d'une vitesse de rotation déterminée du moteur à combustion interne ou d'une tension

del'alternateur. Cette forme de réalisation est judicieuse no-

tamment lorsque le moteur électrique entraîne la pompe à eau.

Ceci garantit que, dans le cas o le moteur à combustion in-

terne est fixe, la pompe à eau n'est pas entraînée et qu'on dispose par conséquent de toute l'énergie pour l'opération

de démarrage et qu'en outre, lors du fonctionnement du mo-

teur à combustion interne, une vitesse de rotation minimale

de la pompe à eau est garantie.

Dans la mesure o on s'efforce d'obtenir une caractéristique de régulation du moteur électrique ou de la soufflante entraînée par ce moteur, à l'aide de laquelle un

accroissement continu et proportionnel de la vitesse de rota-

tion est réalisé dans une gamme déterminée des températures de l'eau de refroidissement et l'accroissement de la vitesse de rotation doit être exécuté par échelons à l'extérieur de

cette gamme de températures, il est proposé de prévoir un cap-

teur de température sous-la forme d'une thermistance, qui est

raccordée par l'intermédiaire d'un diviseur de tension à l'en-

trée non inverseuse d'un second amplificateur opérationnel, et dont la sortie est raccordée à l'entrée non inverseuse du

premier amplificateur opérationnel.

Afin de conserver une longueur aussi courte que

possible auxconducteursnécessairesde liaison, il est avanta-

geux de rassembler le système électronique de commande sous la forme d'un module, au moins dans la mesure o il comporte

le dispositif à semiconducteurs de puissance et l'amplifica-

teur opérationnel, et de monter ce module directement sur le moteur électrique, en général sur sa face tournée à l'opposé

du ventilateur. De ce fait ce module est situé en un empla-

cement soumis à un salissement moins intense et n'entraîne

aucune résistance supplémentaire à l'écoulement pour le cou-

rant d'air produit par le ventilateur.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 montre une représentation schéma-

tique d'un dispositif de refroidissement;

- la figure 2 représente une courbe caractéris-

tique de régulation; - la figure 3 représente le schéma d'un circuit de commande électrique pour un ventilateur de refroidissement d'un véhicule automobile;

- la figure 4 représente une variante de réali-

sation des contacts de commutation, qui sont actionnés en fonc-

tion de la température, en combinaison avec un capteur de tem-

pérature branché en parallèle;

- la figure 5 représente une courbe caractéris-

tique de régulation, que l'on obtient avec la forme de réali-

sation de la figure 4; -

- la figure 6 représente une variante de réali-

sation des contacts de commutation actionnés en fonction de

la température, cette variante convenant notamment pour l'en-

trainement d'une pompe à eau;

- la figure 7 représente une courbe caractéris-

tique de régulation que l'on obtient avec un circuit conforme à la figure 6;

- la figure 8 représente une variante de réali-

sation des contacts de commutation, actionnés en fonction de la température, conformément à la figure 4, et qui est équi- pée d'une thermistance; et

- la figure 9 représente une courbe caractéris-

tique de régulation, que l'on obtient à l'aide du montage con-

forme à la figure 8.

Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un dispositif de refroidissement qui comporte essentiellement

un échangeur de chaleur 1 comportant des réservoirs d'eau la-

téraux 2 et 3 ainsi qu'un ventilateur de refroidissement 10,

qui est entraîné par un moteur électrique 14. Sur le réser-

voir d'eau 3 il est prévu un circuit 4 d'amenée de l'eau de

refroidissement et un circuit 5 de retour de l'eau de refroi-

dissement. En outre sur le réservoir 3 se trouve disposée une

unité de commutation 7, pour laquelle on donnera encore ci-

après des explications plus détaillées en référence aux fi-

gures 3,4 et 6. L'unité de commutation 7, qui est actionnée par un élément de travail commandé par la température, par exemple un élément formé d'un matériau dilatable, est reliée par l'intermédiaire d'un câble de raccordement 8 à une unité

électronique 9. Un câble de raccordement 17 relie l'unité élec-

tronique 9 au moteur électrique 14, qui entraîne le ventila-

teur 10.

Dans la représentation conforme à la figure 2,

la vitesse de rotation n du moteur du ventilateur est repré-

sentée en fonction de la température T de l'eau de refroidis-

sement. Dans le cas de cette courbe caractéristique de régu-

lation, le moteur du ventilateur est à l'arrêt jusqu'à ce

qu'une valeur de température T1 soit atteinte. Lorsqu'un pre-

mier seuil de température est atteint, en T1, le moteur du

ventilateur est branché et est entraîné à une vitesse de ro-

tation n.

Lorsque la température monte, la vitesse de ro-

tation n1 du moteur est conservée jusqu'à ce qu'un second seuil de température soit atteint en T2. Lorsque ce second seuil de température T2 est atteint, le moteur du ventilateur est amené à tourner à une seconde vitesse de rotation n2,cette vitesse de rotation étant conservée jusqu'à ce que le seuil

de température immédiatement suivant soit atteint en T3. Lors-

que cette température est atteinte, le moteur du ventilateur

est entraîné à la vitesse de rotation n3. Le seuil de commuta-

tion immédiatement suivant est atteint pour une-température T4, pour laquelle la vitesse de rotation n3 du ventilateur est

accrue à nmax. Lorsque la température de l'eau dé refroidis-

sement diminue, c'est-à-dire même dans le cas d'une chute de la température avant que le dernier seuil de température T4

soit atteint, la vitesse de rotation est réduite, conformé-

ment à la courbe caractéristique de régulation, aux échelons n3,n2 et n1, auquel cas la réduction respective s'effectue au niveau des seuils de température T4',T3',T2' et T1', sur la

base de l'hystérésis que présentent habituellement les élé-

ments de commutation.

Sur la figure 3 on a représenté, en tant que source de tension 1, une batterie d'un véhicule automobile, dont le pôle positif 12 et le pôle négatif 13 sont reliés au

moteur électrique 14. Dans la ligne de liaison s'étendant en-

tre la borne négative 15 du moteur 14 et le pôle négatif 13 de la source de tension 11 se trouve branché un transistor

à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur 16, désigné ci-

après sous le terme MOSFET. Le circuit de commande comporte en outre une unité de commutation 7, qui est constituée par

un commutateur à gradins comportant quatre contacts de commu-

tation 18,19,20 et 21. Le commutateur à gradins est conçu de telle sorte que les contacts de commutation 18,19,20 et 21 sont fermés successivement, et ce respectivement lorsque des

valeurs prédéterminées de température T1,T2,T3,T4 sont attein-

tes respectivement.

L'unité de commutation 7 comporte trois résis-

tances 22,23 et 24, les résistances situées dans des branches

en parallèle étant associées aux contacts respectifs de com-

mutation 18,19 et 20. Les extrémités des résistances 22,23 et 24, qui sont éloignées des contacts de commutation 18,19 et 20, sont court- circuitées au moyen d'un pont et forment en commun, avec la résistance 25, un diviseur de tension qui est situé entre les bornes positive et négative délivrant une

tension stabilisée.

Une ligne de jonction relie le contact de com-

mutation 21 à la borne négative 15 du moteur électrique 14.

Il est en outre prévu un contact d'ouverture 26 commandé par

la vitesse de rotation et qui est raccordé d'une part au con-

tact de commutation 18 et d'autre part à la borne négative 15 du moteur électrique 14. Lorsqu'une vitesse de rotation

n1 prédéterminée du moteur électrique 14 est atteinte, le con-

tact d'ouverture 26 s'ouvre.

Un amplificateur opérationnel 27 est raccordé,

par son entrée non inverseuse, par l'intermédiaire d'une ré-

sistance 28, au diviseur de tension formé par les résistances ainsi que 22,23,24. L'entrée inverseuse est raccordée à

un circuit RC formé par un condensateur 29 et par une résis-

tance ohmique 30.

La grille du transistor MOSFET 16 est raccor-

dée par l'intermédiaire d'une résistance 31 à un diviseur de

tension formé par des résistances 32 et 33. Entre la résistan-

ce 32 et le pôle positif 12 de la source de tension 11 se trou-

ve disposé un transistor de commutation 34, dont la base est raccordée à un diviseur de tension formé par des résistances 35 et 36. La résistance 36 est reliée par l'intermédiaire de

deux étages inverseurs 37 et 38 réalisés sous la forme de tran-

sistors npn, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 27.

On va décrire ci-après le mode de fonctionne-

ment du ventilateur de refroidissement 10 de la figure 1, en

se référant à la courbe caractéristique de régulation repré -

ii sentée sur la figure 2 et au circuit représenté sur la figure 3. Tant que la température de l'eau de refroidissement est

inférieure à un premier seuil de température, tous les con-

tacts de commutation 18,19,20 et 21 sont ouverts, de sorte que la borne négative 15 du moteur électrique 14 n'est pas reliée au potentiel négatif de la source de tension 11. Le

moteur électrique 4 est par conséquent à l'arrêt.

Lorsqu'un premier seuil de température T1 est atteint, le contact de commutation 18 se ferme, ce qui a pour effet que la borne négative 15 du moteur électrique 14 est raccordée par l'intermédiaire du contact d'ouverture 26 et

du contact de commutation 18 au potentiel négatif de la sour-

ce de tension 11. Ceci a pour effet que le moteur électrique 14 démarre jusqu'à ce qu'il atteigne la première vitesse de rotation nl. Lors de la fermeture du contact de commutationis, il se produit également, par l'intermédiaire de la résistance

22, une modification du paramètre d'entrée appliqué à l'en-

trée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 27, qui produit sur sa sortie une suite d'impulsions appliquées par l'intermédiaire des deux étages inverseurs 37 à 38 à la place

* du transistor de commutation 34. De même la grille du transis-

tor MOSFET 16 est commandée en fonction de la suite d'impul-

sions de sorte qu'on obtient une durée relative de branche-

ment du moteur électrique 14, qui correspond à la première vitesse de rotation n1. Etant donné que, lorsque la première vitesse de rotation n1 est atteinte, le contact d'ouverture

26 s'ouvre, la puissance électrique est ensuite envoyé au mo-

teur électrique 14 exclusivement par l'intermédiaire du tran-

sistor MOSFET 16.

Lors d'un nouvel accroissement de la températu-

re, la vitesse de rotation du moteur électrique 14 est con-

servée jusqu'à ce qu'un second seuil de température T2 de l'eau de refroidissement soit dépassé. Le contact 19 situé dans l'unité de commutation 7 est alors fermé, ce qui entraîne une

réduction de la résistance totale du montage en parallèle for-

me par les résistances 22 et 23. Ceci entraîne une modifica-

tion du paramètre d'entrée envoyé à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 27, ce qui a pour effet qu'à

la sortie de l'amplificateur opérationnel 27, la suite d'im-

pulsions est influencée de telle sorte qu'on obtient une du- rée relative plus longue de conduction du transistor MOSFET

16. Sur la base de cette durée relative plus longue de conduc-

tion, le moteur électrique 14 ou le ventilateur de refroidis-

sement 10 entraîné par ce dernier, est alors entraîné à une

seconde vitesse de rotation n2.

Un nouvel accroissement de la vitesse de rota-

tion du moteur 14 intervient uniquement lors du dépassement d'un troisième seuil de température T3, pour lequel le contact de commutation 20 dans l'unité de commutation 7 se ferme. Lors

du dépassement du seuil de température T4 le plus élevé,le con-

tact de commutation 21, au moyen duquel le transistor MOSFET 16 est shunté, se ferme. Etant donné que le transistor MOSFET

16 est shunté, il se décharge, ce qui présente l'avantage con-

sistant en ce qu'il n'est soumis à aucune charge de pointe et que le moteur électrique 14 prend sa vitesse de rotation maximale qu'il ne pourrait pas atteindre même dans le cas de

la commande du transistor MOSFET 16 avec une durée relative.

de conduction de 100 %.

Lors d'une diminution de la température de l'eau de refroidissement les contacts de commutation 18 à 21dans

l'unité de commutation 7 s'ouvrent à nouveau selon la succes-

sion inverse, ce qui permet d'obtenir une réduction échelon-

née de la vitesse de rotation du ventilateur du radiateur.

La figure 4 représente une variante de réalisa-

tion des contacts de commutation,actionnés en fonction de la température, et de l'amplificateur opérationnel, que l'on peut utiliser à la place de l'unité de commutation 7 et l'unité

formant amplificateur branché en aval sur la figure 3. L'uni-

té de commutation 7 comporte trois contacts de commutation parallèles 18, 19 et 21, le contact de commutation 18 étant

fermé pour une première température prédéterminée T1 et le se-

cond contact de commutation 19 étant fermé pour une seconde température prédéterminée T2. Les résistances 22 et 23 sont branchées en aval des contacts de commutation 18 et 19. Le contact de commutation 21 correspond à celui qui est décrit sur la figure 3 et possède la même fonction, à savoir shunter

le transistor MOSFET 16 lorsque le seuil maximum de tempéra-

ture T est atteint. Comne sur la figure 3, les résistances

22 et 23 forment, avec une résistance 25, un diviseur de ten-

sion auquel est raccordée l'entrée non inverseuse de l'ampli-

ficateur opérationnel 27. De même le câblage de l'entrée in-

verseuse avec le circuit RC coincide avec celui de la figure 3.

L'unité de commutation 7 sur la figure 4 compor-

te en outre une thermistance 39 qui est branchée en série avec un diviseur de tension formé par les résistances ohmiques 44 et 45. Un second amplificateur opérationnel 48 est raccordé

par son entrée non inverseuse au diviseur de tension (résis-

tances 44 et 45) et, par son entrée inverseuse, à un second diviseur de tension formé par des résistances -46 et 47. La sortie du second amplificateur opérationnel 48 est raccordée par l'intermédiaire d'un autre diviseur de tension, formé par des résistances 49 et 50, à un potentiel négatif. La sortie du second amplificateur opérationnel 48 est raccordée à un

point de jonction 52 situé sur l'entrée non inverseuse de l'am-

plificateur opérationnel 27, par l'intermédiaire d'une résis-

tance additionnelle 51 raccordée au diviseur de tension (ré-

sistances 49,50).

Sur la figure 5 on a représenté une courbe ca-

ractéristique de régulation qui est obtenue avec la forme de réalisation du circuit de la figure 4 et avec un circuit de commande électriquecorrespondant par ailleurs à la figure 3. Comme cela est visible sur la figure 5, déjà dans le cas d'une température relativement basse Toi on peut constater une influence sur la résistance variable 39, ce qui influe sur le paramètre d'entrée appliqué à l'entrée non inverseuse du

second amplificateur opérationnel 48. Par conséquent on ob-

tient, sur la sortie du second amplificateur opérationnel 48, un signal qui est envoyé par l'intermédiaire des résistances 49 et 51 au point de jonction 52 et est ajouté par conséquent à la tension appliquée à l'entrée non inverseuse de l'ampli-

ficateur opérationnel 27. Grâce au dimensionnement des résis-

tances d'entrée et de réaction, on peut influer de façon usuel-

le sur le facteur d'amplification ainsi que sur la croissance de la courbe caractéristique. La grille du transistor MOSFET 16 est commandée en fonction du signal de sortie délivré par l'amplificateur opérationnel 27 et le moteur électrique 14

commence à tourner. Lorsque la température de l'eau de re-

froidissement augmente, on obtient un accroissement continu de la vitesse de rotation du ventilateur étant donnéque la

durée relative de conduction du transistor MOSFET 16 est ac-

crue de façon correspondante.

Lorsque le seuil de température T1 déjà mention-

né est atteint, le contact de commutation 18 se ferme, ce qui modifie de façon importante la tension d'entrée appliquée à l'amplificateur opérationnel 27. La tension appliquée au point

de jonction 52 par le diviseur de tension formé des résistan-

ces 22 et 25 agit alors de façon prépondérante sur l'amplifi-

cateur opérationnel 27; la composante de tension délivrée

par la sortie du second amplificateur opérationnel 48 par l'in-

termédiaire des résistances 49 et 51 est de ce fait peu con-

séquente. Il s'ensuit que la vitesse de rotation du moteur

électrique 14 est accrue depuis une première vitesse de rota-

tion nl, qui avait été obtenue avant la fermeture de contact 18, à une seconde vitesse de rotation n2. Le même processus se

répète lorsque des seuils de température plus élevés sont at-

teints pour T2 et T3, comme ceci est représenté sur la figu-

re 5.

La figure 6 représente une variante de réalisa-

tion d'une unité de commutation 7 représentée sur la figure

3 et peut être utilisée par exemple dans le circuit de comman-

de représenté sur la figure 3. Pour les composants, qui sont sensiblement les mêmes, on a utilisé les mêmes chiffres de référence que sur la figure 3. Dans la représentation de la figure 6, il est prévu un relais 42 qui commute son contact 41. Le contact 41 du relais est installé en parallèle avec les contacts de commutation 19 et 20 commandés en fonction de la température et en aval de ce contact se trouve branchée une résistance 22 qui est en parallèle avec les résistances 23 et 24. Sur la figure 3, il est prévu également un contact d'ouverture 26 qui est commandé en fonction de la vitesse de

rotation et qui est raccordé au contact 41 du relais. La bo-

bine de relais 42 est commandée par exemple de telle sorte

qu'au moment o l'alternateur d'un véhicule délivre une ten-

sion suffisante, par exemple lorsque la vitesse de rotation de ralenti du moteur à combustion interne est atteinte, la bobine est excitée. Lorsqu'on arrête le moteur à combustion

interne -ou même que ce dernier cale- le relais 42 retombe.

L'unité de commutation 7 comporte, à la différence de celle

représentée sur la figure 3, uniquement trois contacts de com-

mutation 19,20 et 21, et la première vitesse de rotation n1est

atteinte, par l'intermédiaire du contact externe 41 du relais.

La courbe caractéristique de régulation, qui est obtenue à l'aide d'un circuit de commande conforme à la figure 6, est représentée sur la figure 7; Afin que, lors du

démarrage du moteur à combustion interne, le démarreur dispo-

se de toute la puissance électrique, la bobine du relais 42 n'est tout d'abord pas excitée. De ce fait le contact 41 du - relais s'ouvre. Etant donné que, également, les contacts de

commutation 19,20 et 21 de l'unité de commutation 7, par exem-

ple d'un commutateur à gradins, sont ouverts, aucunetension

n'est appliquée au moteur électrique 14 de sorte que ce der-

nier est à l'arrêt. Après le démarrage du moteur à combustion

interne, c'est-à-dire une fois atteinte la vitesse de rota-

tion de ralenti, l'alternateur délivre une tension, qui pro-

voque l'excitation de la bobine du relais 42 et ferme le con-

tact 41 du relais. Alors la tension d'entrée de l'amplifica-

teur opérationnel 27 varie, par l'intermédiaire de la résis-

tance 22, de la manière déjà décrite de sorte que le moteur électrique 14 se règle sur une vitesse de rotation minimale nmin. Pour faciliter le démarrage du moteur il est prévu un

contact de commutation 26, dont la fonction a déjà été décri-

te en référence à la figure 3.

Lorsqu'un premier seuil de température T5 est at-

teint, le contact de commutation 18 se ferme de la manière déjà décrite en référence à la figure 3, ce qui réalise une commande de la grille du transistor MOSFET 16 à l'aide d'une suite d'impulsions délivrées par l'amplificateur opérationnel 27. La régulation de la vitesse de rotation correspond par conséquent essentiellement à celle déjà décrite en référence

à la figure 3, mais à cette différence près que le moteur élec-

trique 14 se règle immédiatement à une vitesse de rotation minimale nmin. Une telle courbe caractéristique de régulation est avantageuse notamment pour l'entraînement de pompes à eau étant donné qu'une quantité minimale de circulation d'eau dans

le moteur à combustion interne doit être garantie.

La différence entre les figures 4 et 8 réside

dans le fait que la thermistance 39 n'est pas disposée en pa-

rallèle avec le contact de commutation 18, mais est branchée en série et en aval par rapport à ce contact. Par ailleurs les circuits relatifs aux deux amplificateurs opérationnels

27 et 48 sont identiques. La résistance 23 doit être dimen-

sionnées de manière que, lorsque le contact de commutation 19 est fermé, la variation de résistance dans la thermistance 39 lors de l'apparition du signal de la suite d'impulsions

pour la commande du transistor MOSFET 16 est peu importante.

La courbe caractéristique de régulation, que

l'on obtient avec un circuit conforme à la figure 8, est re-

présentée sur la figure 9. On voit sur cette représentation que, conformément à la figure 5, la section dans laquelle on a une régulation continue de la vitesse de rotation, n'est pas située au-dessous de la première vitesse de rotation ni, mais entre les vitesses de rotation n1 et n2'

Dans ce qui précède on a décrit uniquement quel-

ques exemples de réalisation, pour lesquels cependant on peut imaginer une série de combinaisons et de variantes appropriées de réalisation. Ces dernières peuvent être réalisées de façon simple grâce à une adaptation correspondante des moyens du point de vue de la technique des circuits, qui conviennent

dans des dispositifs de régulation de ce type.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de refroidissement pour un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, qui

comporte un échangeur de chaleur, une pompe à eau de refroi-

dissement et un ventilateur servant à entraîner l'air de re- froidissement à travers l'échangeur de chaleur, ainsi qu'un moteur électrique entraînant le ventilateur ou la pompe à eau de refroidissement, et dans leque. la vitesse de rotation du moteur électrique peut être modifiée à l'aide d'un dispositif

à semiconducteurs de puissance branché dans le circuit du mo-

teur électrique, et la commande du dispositif à semiconduc-

teurs de puissance s'effectue en fonction d'au moins un cap-

teur détectant la température de l'eau de refroidissement ou une grandeur adéquate, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins trois contacts de commutation (18,19,29,21), qui sont

actionnés respectivement lorsque des seuils déterminés de tem-

pérature (T1,T2,T3,T4) sont atteints, que le contact de commu-

tation (21) prévu pour le seuil maximum de température shunte le dispositif à semiconducteurs de puissance (16), que les autres contacts de commutation (18,19,20) sont reliés à une

entrée d'un amplificateur opérationnel (27) moyennant le mon-

tage intercalé de composants électroniques, et que les com-

posants électroniques agissent sur les paramètres d'entrée

de l'amplificateur opérationnel de telle sorte que, en rap-

port au point de fonctionnement de ces contacts de commuta-

tion (18,19,20), l'amplificateur opérationnel (27) fournit

un signal de sortie déterminé.

2. Dispositif de refroidissement selon la re-

vendication 1, caractérisé en ce que les composants électroni-

ques agissant sur les paramètres d'entrée sont des résistan-

ces ohmiques (22,23,24).

3. Dispositif de refroidissement selon l'une

des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que plusieurs con-

tacts de commutation (18,19,20,21) sont disposés en commun

dans un commutateur à gradins (7).

4. Dispositif de refroidissement selon la re-

vendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu, comme cap-

teur de température, un élément formé d'une substance dilata-

ble, qui travaille en coopération avec le commutateur à gra-

dins (7).

5. Dispositif de refroidissement selon la reven-

dication 4, caractérisé en ce que le commutateur à gradins (7) est disposé sur le réservoir (3) de l'échangeur de chaleur (1), et l'élément formé d'un matériau dilatable pénètre dans le réservoir (3) de sorte qu'il est enveloppé par l'eau de refroidissement.

6. Dispositif de refroidissement selon la re-

vendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à semicon-

ducteurs de puissance (16) est un transistor à effet de champ

métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) à canal N et que l'amplifi-

cateur opérationnel (27) est un générateur de fréquence com-

mandé par la tension.

7. Dispositif de refroidissement selon la reven-

dication 6, caractérisé en ce qu'entre un pôle positif (12)

de la source de tension (11) et la grille du transistor à ef-

fet de champ métal-oxyde-semiconducteur (16) se trouve bran-

ché un transistor de commutation (34), dont la base est reliée par l'intermédiaire de deux étages de commutation inverseurs

(37,38) à la sortie du générateur de fréquence (27).

8. Dispositif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il

est prévu un contact de commutation (26) qui s'ouvre en fonc-

tion de la vitesse de rotation du moteur électrique (14) et est branché en aval du contact de commutation (18,41), qui se ferme en premier, et shunte le dispositif à semiconducteurs de puissance (16), jusqu'à ce qu'un premier échelon (n1) de la

vitesse de rotation soit atteint.

9. Dispositif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un

contact de fermeture (41) d'un relais (42) muni d'une résis-

tance (22) est prévu dans la branche de dérivation raccordée en parallèle avec les contacts de commutation (19,20) munis

des résistances (23,24), et que la bobine du relais est com-

mandée par un signal qui dépend d'une vitesse de rotation dé-

terminée du moteur à combustion interne ou d'une tension del'alternateur.

10. Dispositif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il

est prévu un capteur de température sous la forme d'une ter-

mistance (39), qui est raccordée par l'intermédiaire d'un di-

viseur de tension (44,45) à l'entrée non inverseuse d'un se-

cond amplificateur opérationnel (48), et dont la sortie est raccordée à l'entrée non inverseuse du premier amplificateur

opérationnel (27).

11. Dispositif de refroidissement selon la re-

vendication 10, caractérisé en ce que la thermistance (39) est branchée en parallèle avec les contacts de commutation

(18,19,20,21).

12. Dispositif de refroidissement selon la re-

vendication 10, caractérisé en ce que la thermistance (39) est branchée en série avec l'un des contacts de commutation

(18,19,20).

13. Dispositif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que

les différences de température entre deux seuils de commuta-

tion successifs (T1,T2,T3,T4) sont différents, la différence entre des seuils de commutation de température supérieurs (T3, T4) étant plus faible qu'entre des étages de commutation de

températures plus faibles (T1,T2).

14. Dispositif de refroidissement selonl'une

quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que

les différences de température entre deux seuils respectifs

voisins de commutation (T1,T2,T3,T4) sont égales.

15. Dispositif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'au

moins le dispositif à semiconducteurs de puissance (7) et le ou les amplificateurs opérationnels (27,48) sont réunis

pour former un module et que ce module est installé directe-

ment sur le moteur électrique (14), à savoir sur sa face tour-

née à l'opposé du ventilateur (10).

16. Procédé pour commander un dispositif de re-

froidissement selon la revendicaton 1, caractérisé en ce que lorsque des seuils de commutation (T1,T2,T3,T4) prédéterminés sont atteints, des contacts de commutation (18,19,20,21) sont

fermés successivement au moyen du capteur sensible à la tem-

pérature, ce qui entraine la modification du paramètre d'en-

trée appliqué à une entrée non inverseuse d'un amplificateur

opérationnel (27), et de son niveau de sortie, et que le dis-

positif à semiconducteurs de puissance (16) est commandé, sur

la base du niveau de sortie modifié de l'amplificateur opéra-

tionnel (27), de manière que le moteur électrique (14) fonc-

tionne avec des vitesses de rotation déterminées(n1,n2,n3,nmax),

associées selon des échelons aux seuils respectifs de commuta-

tion, et que lors de la fermeture du dernier contact de com-

mutation (21), le dispositif à semiconducteurs de puissance

(16) est shunté.

17. Procédé selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que,lorsque le moteur à combustion interne a at-

teint sa vitesse de rotation de ralenti, un signal servant à exciter un relais (42) est produit, le relais (42) ferme

un relais de contact (41) et par conséquent influe sur le pa-

ramètre d'entrée de l'amplificateur opérationnel (27) de telle sorte que le dispositif à semiconducteurs de puissance (16) est commandé avec une suite d'impulsions, qui correspond à une durée relative de mise à l'état conducteur du dispositif

à semiconducteurs de puissance, pour laquelle le moteur élec-

trique (14) fonctionne avec une vitesse de rotation minimale

(nmin)-

18. Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que, jusqu'à ce qu'un premier seuil de température

ture (T1) soit atteint, la vitesse de rotation du moteur élec-

trique (14) est soumise à une régulation proportionnelle, qui

est fonction de la température de l'eau de refroidissement.

19. Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce que, après le dépassement d'un premier seuil de température (T1) jusqu'à ce qu'un second seuil de température

(T2) soit atteint, la vitesse de rotation du moteur électri-

que (14) est soumise à une régulation proportionnelle, qui

est fonction de la température de l'eau de refroidissement.