FR2943769A1 - Installation de climatisation utilisant un fluide refrigerant comportant une commande de groupe moto-ventilateur simplifiee - Google Patents

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Abstract

La présente invention se rapporte à une installation de climatisation pour véhicule automobile, comprenant une boucle de climatisation parcourue par un fluide réfrigérant supercritique et comprenant au moins un compresseur (1), un refroidisseur de gaz (2), un organe de détente (3), un évaporateur (4) et un groupe moto-ventilateur (5) commandé par un signal de commande (UF) et apte à envoyer un flux d'air sur le refroidisseur de gaz (2), le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) étant compris entre une valeur minimale (UFm) et une valeur maximale (UFM). Selon la présente invention, lorsqu'une pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz (2) est supérieure à une pression initiale (PeR ), le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) croit avec la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz selon une loi proportionnelle à la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz (2).

Description

Installation de climatisation utilisant un fluide réfrigérant comportant une commande de groupe moto-ventilateur simplifiée.
La présente invention se rapporte au domaine général des installations de climatisation des habitacles de véhicules automobiles.
Plus particulièrement, l'invention concerne de telles installations équipées d'une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide réfrigérant supercritique, par exemple du dioxyde de carbone, connu également sous l'appellation R744, ou analogue.
Typiquement, une telle boucle de climatisation comprend un compresseur, un refroidisseur de gaz, un organe de détente, un évaporateur. De plus, un groupe moto-ventilateur de puissance variable est disposé afin d'envoyer un flux d'air sur le refroidissement de gaz. Elle peut également comprendre un échangeur pour optimiser le fonctionnement de la boucle, notamment un échangeur de chaleur interne.
Classiquement, ces installations sont commandées par des éléments électroniques de commande générant des signaux permettant de réguler entre autre, l'ouverture et la fermeture de l'organe de détente, la puissance du groupe moto-ventilateur, etc...
L'invention s'intéresse plus particulièrement au contrôle de la puissance de fonctionnement du groupe moto-ventilateur.
II existe divers principes de contrôle de la puissance du groupe moto- ventilateur. Le document FR 2 802 474 décrit un de ces principes. Ce document s'intéresse au contrôle d'une boucle de climatisation parcourue par un fluide réfrigérant sous critique dans lequel la puissance de fonctionnement du groupe moto-ventilateur est limitée en fonction d'un paramètre représentatif d'un débit d'air traversant le condenseur.
Par ailleurs, le document FR 2 761 306 décrit un contrôle de la puissance du groupe moto-ventilateur utilisant un paramètre représentatif du volume momentané de refoulement qui est comparé avec une valeur prescrite du volume maximal de refoulement. Le dispositif enseigné par ce document nécessite la présence de capteurs multiples et dédiés à la mise en oeuvre de l'invention. En outre, il concerne une boucle de climatisation fonctionnant avec un fluide réfrigérant sous critique.
Pour les fluides supercritiques, le document US 2007/0125106 décrit une boucle de climatisation dans laquelle le groupe moto-ventilateur est contrôlé selon un principe itératif en fonction d'une différence entre la température du fluide à la sortie du refroidisseur de gaz et la température ambiante.
Cette réalisation présente l'inconvénient d'utiliser une mesure de température dont les modifications présentent généralement une inertie relativement importante. Cela implique une lenteur du contrôle de la puissance du groupe moto-ventilateur. Une telle lenteur peut représenter un inconvénient dans la mesure où il peut être nécessaire de modifier la vitesse du groupe moto-ventilateur très rapidement dans le cas où la sécurité de fonctionnement de la boucle de climatisation est menacée.
La présente invention a donc pour but de fournir un contrôle simple de la puissance du groupe moto-ventilateur, permettant de minimiser la puissance consommée, et d'optimiser le contrôle du groupe moto-ventilateur. L'invention permet aussi d'optimiser la haute pression dans la boucle de climatisation.
L'invention a également pour but de palier les inconvénients rencontrés dans les installations de climatisation de l'art antérieur dans lesquelles circule un fluide supercritique.
A cet effet, l'invention propose une installation de climatisation pour véhicule automobile telle que définie précédemment dans laquelle un signal de commande du groupe moto-ventilateur est compris entre deux valeurs extrémales, respectivement minimale et maximale, de manière à ce que, lorsqu'une pression mesurée au niveau du refroidisseur de gaz est supérieure à une pression initiale, le signal de commande du groupe moto-ventilateur croit avec la pression mesurée au niveau du refroidisseur de gaz.
Avec une telle installation, les capteurs généralement implémentés sont suffisants pour permettre le fonctionnement d'une installation de climatisation selon l'invention. On assure un fonctionnement correct de la boucle de climatisation en utilisant une mesure de la pression entre la sortie du compresseur et l'entrée de l'organe de détente, préférentiellement entre la sortie du compresseur et l'entrée du refroidisseur de gaz.
II faut également noter que le contrôle du groupe moto-ventilateur faisant circuler un flux d'air sur le refroidisseur de gaz en fonction de la haute pression à l'entrée du refroidisseur de gaz permet de contribuer directement à l'optimisation de la haute pression dans la boucle de climatisation et donc de minimiser la consommation du compresseur.
Le contrôle du groupe moto-ventilateur avec une donnée de pression, selon un calcul proportionnel en absence de calcul itératif, permet en outre d'obtenir un contrôle rapide du flux d'air sur le refroidisseur de gaz. Cela est un avantage vis-à-vis de la sécurité de fonctionnement de la boucle de climatisation.
De façon préférentielle, le signal de commande du groupe moto-ventilateur est une tension ou un signal de type PWM appliqués au groupe moto-ventilateur. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le signal de commande du groupe moto-ventilateur est proportionnel à la racine carrée de la pression mesurée au niveau du refroidisseur de gaz.
10 Cette caractéristique permet de prendre en compte la pression au niveau du refroidisseur de gaz. Une telle dépendance de la loi permet d'augmenter la puissance de fonctionnement du groupe moto-ventilateur en fonction de la haute pression de la boucle de climatisation tout en limitant cette augmentation qui est, par ailleurs, consommatrice d'énergie. 15 Cela permet ainsi d'optimiser le fonctionnement de la boucle de climatisation tout en préservant une consommation d'énergie limitée.
Avantageusement, le signal de commande du groupe moto-ventilateur est fonction de la pression mesurée au niveau du refroidisseur de gaz, de la 20 pression initiale, de la valeur minimale du signal de commande et d'un coefficient de proportionnalité. Le signal de commande du groupe moto-ventilateur est, par exemple, donné par la relation : UF = a.(PeR û PeR;) + UFm, où a est notamment égal à
25 Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, le coefficient de proportionnalité est une fonction de la vitesse du véhicule diminuant lorsque la vitesse du véhicule augmente et, inversement. Cette caractéristique permet de moduler la pente de la loi en fonction de la vitesse de véhicule. 30 En effet, plus le véhicule se déplace rapidement, moins il est nécessaire que le groupe moto-ventilateur déploie une puissance importante. En5 effet, avec la vitesse du véhicule, le débit d'air sur le refroidisseur de gaz est partiellement assuré par l'air extérieur arrivant sur le refroidisseur de gaz grâce au déplacement du véhicule.
Selon une autre caractéristique complémentaire ou alternative, le coefficient de proportionnalité est une fonction de la température extérieure, le coefficient de proportionnalité augmentant lorsque la température extérieure augmente et diminuant lorsque la température extérieure diminue. Ici encore, cette caractéristique permet d'optimiser l'énergie envoyée dans le groupe moto-ventilateur pour modifier sa puissance en fonction du paramètre de température extérieure.
En effet, plus la température extérieure est élevée, plus il est nécessaire que le groupe moto-ventilateur déploie une puissance importante pour parvenir à évacuer la chaleur du refroidisseur de gaz. Inversement, lorsque la température est plus basse, la puissance à déployer pour le groupe moto-ventilateur pour obtenir un même résultat est bien moins importante.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la valeur extrémale de puissance minimale du groupe moto-ventilateur est calculée en fonction de la température extérieure.
La puissance minimale de fonctionnement du groupe moto-ventilateur est ainsi la puissance permettant d'éviter des incidents de fonctionnement de la boucle de climatisation à la température extérieure observée.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la pression initiale PeR; au niveau du refroidisseur de gaz est calculée en fonction d'une pression de référence PeRr dans la boucle de climatisation à l'arrêt et de la pression optimale PeR0 au niveau du refroidisseur de gaz, dépendante de la température du fluide en sortie du refroidisseur, selon l'équation suivante : PeR; = (1-X) . PeRr+ X . PeRo avec X compris entre 0 et 0,75._Préférentiellement, la valeur de X sera comprise entre 0,15 et 0,5.
La valeur de la pression de référence PeRr à l'arrêt de la boucle est une fonction de la température extérieure, du volume de la boucle de climatisation et de la quantité de . réfrigérant, notamment lorsque la température extérieure est supérieure à 31°C. La valeur de pression optimale PeRo varie dans le temps et est une fonction de la température du fluide à la sortie du refroidisseur de gaz. Ainsi la pression initiale à la sortie du compresseur ou à l'entrée du refroidisseur de gaz, pour laquelle la modification de la puissance du groupe moto-ventilateur est effective selon la présente invention, varie en fonction de la température extérieure et de la température du fluide à la sortie du refroidisseur de gaz. Cela permet d'optimiser la pression en sortie du compresseur par une optimisation du fonctionnement du ventilateur tenant compte de la pression optimale.
Avantageusement, la pression mesurée est mesurée à l'entrée du refroidisseur de gaz ou dans la zone haute pression du refroidisseur de gaz.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés illustrant un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif qui pourra servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation mais aussi, le cas échéant, contribuer à sa définition. Sur les figures : - la figure 1 montre schématiquement une installation de climatisation dans lequel est mise en oeuvre la présente invention ; - la figure 2 montre une réalisation de commande de la puissance du groupe moto-ventilateur selon la présente invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une installation de climatisation dans lequel est implémentée l'invention. Sur la figure 1, l'installation de climatisation comporte une boucle de climatisation dans laquelle circule un fluide réfrigérant, de type supercritique. La boucle de climatisation comprend, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, un compresseur 1, un refroidisseur de gaz 2, un organe de détente 3 et un évaporateur 4.
La boucle de climatisation peut comprendre également, de façon optionnelle, un échangeur de chaleur interne 7 permettant d'améliorer le coefficient de performance de la boucle de climatisation. Un tel échangeur de chaleur interne 7 n'est néanmoins pas indispensable au fonctionnement de la boucle de climatisation.
Le fonctionnement de la boucle de climatisation et le coefficient de performance de la boucle de climatisation sont, en autre, régulés par le 20 fonctionnement d'un groupe moto-ventilateur 5.
Le groupe moto-ventilateur 5 permet de générer un flux d'air à travers le refroidisseur de gaz 2 afin de procéder à un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans le refroidisseur de gaz 2 et le flux d'air le 25 traversant pour évacuer la chaleur produite. L'invention s'intéresse particulièrement à la commande du groupe moto-ventilateur 5.
En général, la boucle de climatisation comprend : • un capteur pour mesurer la pression entre la sortie du compresseur 30 1 et l'entrée du refroidisseur de gaz 2, • un capteur pour mesurer la température du fluide réfrigérant à l'entrée du refroidisseur de gaz 2 et/ou à la sortie du refroidisseur de gaz 2 • un capteur pour mesurer la température ambiante de l'air, • un capteur pour mesurer la température de l'air à la sortie de l'évaporateur 4, et • un capteur pour mesurer la vitesse du véhicule.
II peut arriver en outre que la boucle de climatisation comprenne un 10 capteur pour mesurer l'intensité appliquée à une vanne de contrôle du compresseur 1 pour estimer une pression d'aspiration du compresseur 1.
Plus particulièrement, l'invention utilise en particulier la mesure de pression à l'entrée du refroidisseur de gaz 2. 15 L'invention propose une stratégie de contrôle d'un signal de commande UF commandant le groupe moto-ventilateur 5 et permettant de contrôler directement la puissance du groupe moto-ventilateur 5. Le signal de commande UF est généralement une tension appliquée à un moteur 20 intégré au groupe moto-ventilateur 5 dont la vitesse de rotation est proportionnelle à la tension appliquée. Selon la stratégie de l'invention, les points de fonctionnement sont généralement ceux pour lesquels l'efficacité est la plus importante.
25 Alternativement, le signal de commande UF peut être un signal du type à modulation de largeur d'impulsion (également connue sous l'appellation anglophone 'PWM' pour "Pulse Width Modulation").
Selon la présente invention, le signal de commande UF est généré par un 30 module de commande 6 apte à recevoir les divers paramètres de fonctionnement de la boucle de climatisation et permettant la détermination du signal de commande UF selon la présente invention. De façon complémentaire et optionnelle, le module de commande 6 est également apte à définir une donnée de régulation de l'organe de détente 3, dans un but d'optimisation du fonctionnement de la boucle de climatisation.
L'invention permet ainsi d'améliorer l'efficacité de la boucle de climatisation et de réduire ainsi l'énergie consommée, notamment en termes d'énergie électrique consommée par le groupe moto-ventilateur 5.
Ainsi, on obtient une consommation optimale.
Pour atteindre ces buts, l'invention propose de contrôler la tension du groupe moto-ventilateur 5 selon une loi du type de celle représentée à la figure 2.
Sur la figure 2, la valeur du signal de commande UF appliquée au groupe moto-ventilateur 5, notamment la tension ou le signal PWM appliqués au moteur intégré au groupe moto-ventilateur 5, varie entre deux valeurs extrémales, respectivement minimale UFm et maximale UFM, notamment deux valeurs extrémales de voltage appliquées au moteur intégré au groupe moto-ventilateur 5, correspondant chacune à une valeur de puissance respectivement minimale et maximale du groupe moto-ventilateur 5.
La valeur minimale UFm est la valeur qui, pour la vitesse du véhicule observée et pour la température extérieure observée, permet le fonctionnement de la boucle de climatisation sans détection d'erreur. Dans le meilleur des cas, la valeur minimale UFm sera égale à zéro.
Le signal de commande UF est appliqué selon l'invention au groupe moto-ventilateur 5 pour toute pression observée à l'entrée du refroidisseur de gaz 2 supérieure à une pression initiale PeR; et calculée en fonction de la pression dans la boucle de climatisation à l'arrêt, également appelée pression de référence PeR, et de la pression en entrée du refroidisseur de gaz 2 optimale PeRo.
Avantageusement, le calcul de la pression initiale PeR; à la sortie du refroidisseur de gaz 2 est du type : PeR; = (1-X).PeRr+ X. PeRo avec X compris entre 0 et 0,75, et, préférentiellement, compris entre 0,15 et 0,5.
La pression optimale PeRo est typiquement une fonction de la température en sortie du refroidisseur de gaz 2. La température en sortie du refroidisseur de gaz 2 est généralement déterminée à partir du débit du fluide réfrigérant dans le refroidisseur de gaz 2. La pression de référence PeRr est, quant à elle, une fonction de la température extérieure et du volume de fluide réfrigérant dans la boucle de climatisation. Elle est obtenue, de façon préférentielle, par application de la loi des gaz. 20 Au-delà de la valeur de pression initiale PeR;, le signal de commande UF appliqué, en particulier la tension appliquée, au groupe moto-ventilateur 5 varie selon la loi représentée sur la figure 2. Plus particulièrement, la loi d'évolution du signal de commande UF, au-delà de la valeur de pression 25 initiale PeR;, est du type proportionnel selon une racine de la pression mesurée en entrée du refroidisseur de gaz 2. De façon avantageuse, la loi d'évolution du signal de commande UF, au-delà de la valeur de pression initiale PeR;, est du type proportionnel à une racine carrée de la pression mesurée en entrée du refroidisseur de gaz 2. 30 Ainsi, l'équation régissant la variation du signal de commande UF est du type :15 UF = a.(PeR û PeR;)a + UFm. Préférentiellement, a est égal à %.
La courbe selon la figure 2 assure l'obtention d'une haute pression optimale à l'entrée du refroidisseur de gaz 2 ainsi qu'une commande adaptée du groupe moto-ventilateur 5 assurant un minimum de consommation et un fonctionnement correct de la boucle de climatisation.
Avantageusement, le coefficient de proportionnalité `a' est une fonction de la vitesse du véhicule et de la température extérieure. L'invention propose ainsi de tenir compte de la vitesse du véhicule pour calculer le signal de commande UF du groupe moto-ventilateur 5.
Une telle dépendance du facteur de proportionnalité permet de tenir compte de la contribution de l'air reçu sur le refroidisseur de gaz 2 grâce au déplacement du véhicule ainsi que la contribution de la température de l'air extérieur pour réaliser un contrôle de la vitesse du groupe moto-ventilateur 5 optimale en assurant un minimum de consommation, notamment par le groupe moto-ventilateur 5, et un coefficient de performance optimal pour la boucle de climatisation.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple et englobe d'autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment.

Claims (10)

  1. Revendications1. Installation de climatisation pour véhicule automobile, comprenant une boucle de climatisation parcourue par un fluide réfrigérant supercritique et comprenant au moins un compresseur (1), un refroidisseur de gaz (2), un organe de détente (3), un évaporateur (4) et un groupe moto-ventilateur (5) commandé par un signal de commande (UF) et apte à envoyer un flux d'air sur le refroidisseur de gaz (2), le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) étant compris entre une valeur minimale (UFm) et une 10 valeur maximale (UFM), caractérisée en ce que, lorsqu'une pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz (2) est supérieure à une pression initiale (PeR;), le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) croit avec la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz selon une loi 15 proportionnelle à la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz (2).
  2. 2. Installation de climatisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) est une 20 tension appliquée au groupe moto-ventilateur (5) ou un signal du type à modulation de largeur d'impulsion.
  3. 3. Installation de climatisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) est 25 proportionnel à la racine carrée de la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur (2).
  4. 4. Installation de climatisation selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le signal de commande (UF) du groupe 30 moto-ventilateur (5) est fonction de la pression mesurée (PeR) au niveau du refroidisseur de gaz (2), de la pression initiale (PeR;), de la valeur 12minimale (UFm) du signal de commande (UF) et d'un coefficient de proportionnalité (a) et est donné par la relation : UF = a.(PeR û PeR;)a + UFm.
  5. 5. Installation de climatisation selon la revendication 4, caractérisée en ce 5 queaestégalà%.
  6. 6. Installation de climatisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le coefficient de proportionnalité (a) est fonction de la vitesse du véhicule, le coefficient de proportionnalité (a) diminuant lorsque la vitesse 10 du véhicule augmente et augmentant lorsque la vitesse du véhicule diminue et/ou fonction de la température extérieure, le coefficient de proportionnalité (a) augmentant lorsque la température extérieure augmente et diminuant lorsque la température extérieure diminue. 15
  7. 7. Installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la valeur extrémale minimale (UFm) du signal de commande (UF) du groupe moto-ventilateur (5) est fonction de la température extérieure. 20
  8. 8. Installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pression initiale (PeRi) au niveau du refroidisseur de gaz (2) est calculée en fonction d'une pression de référence (PeRr) de la boucle de climatisation à l'arrêt et d'une pression optimale (PeRo) au niveau du refroidisseur de gaz (2) dépendante de la 25 température du fluide en sortie du refroidisseur de gaz (2) selon la relation : PeRi = (1-X) . PeRr+ X . PeRo
  9. 9. Installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que X est compris entre 0 et 0,75, préférentiellement compris entre 0,15 et 0,5.
  10. 10. Installation de climatisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pression mesurée (PeR) est mesurée à l'entrée du refroidisseur de gaz (2) ou dans la zone haute pression entre la sortie du compresseur (1) et l'entrée de l'organe de détente (3).
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