FR2964454A3 - Procede de determination de la temperature du liquide de refroidissement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de détermination de la température du liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) déterminer l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, entre un instant initial et un instant final, b) additionner l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, c) établir que la somme déterminée à l'étape b) est égale à la capacité thermique de l'ensemble du liquide de refroidissement multipliée par la différence de température du liquide de refroidissement entre l'instant initial et l'instant final, d) déterminer la température du liquide de refroidissement à l'instant final en fonction de la température du liquide de refroidissement à l'instant initial, à l'aide de la relation établie à l'étape c).

Description

1 PROCEDE DE DETERMINATION DE LA TEMPERATURE DU LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la température du liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Les combustions répétées surchauffent les pièces d'un moteur à combustion interne, comme le piston, le cylindre, 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 besoin d'une température régulière et adaptée. On utilise à cet effet un liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement, entraîné par une pompe, circule autour des cylindres, le liquide étant refroidi par contact direct avec l'air ambiant.

La température du liquide de refroidissement est généralement évaluée à l'aide d'un capteur de température. Or, dans certains cas, l'information relative à la température du liquide de refroidissement n'est pas disponible, par exemple quand la pompe est désactivée ou en cas de défaillance du capteur de température.

Il convient donc de remplacer cette information non fiable relative à la température du liquide de refroidissement par une estimation de cette température. L'invention vise à atteindre cet objectif. L'invention a ainsi pour objet un procédé de détermination de la température du liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Le procédé selon l'invention comprend les étapes consistant à : a) déterminer l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, entre un instant initial et un instant final, b) additionner l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, c) établir que la somme déterminée à l'étape b) est égale à la capacité thermique de l'ensemble du liquide de refroidissement multipliée par la différence de température du liquide de refroidissement entre l'instant initial et l'instant final, d) déterminer la température du liquide de refroidissement à l'instant final en fonction de la température du liquide de refroidissement à l'instant initial, à l'aide de la relation établie à l'étape c). La capacité thermique de l'ensemble du liquide de refroidissement peut être déterminée en multipliant la capacité calorifique massique du liquide de 10 refroidissement par la masse du liquide de refroidissement. L'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement peut ainsi être déterminée en fonction de l'énergie dégagée par le moteur. L'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement peut être déterminée en fonction de l'énergie dégagée par la combustion et de l'énergie 15 liée aux frottements internes dans le moteur. L'énergie dégagée par la combustion peut être déterminée en fonction du régime moteur et du couple moteur. L'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement peut être déterminée en fonction de l'énergie prélevée par le radiateur. 20 Le liquide de refroidissement étant associé à un radiateur, l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement peut être déterminée en additionnant l'énergie perdue par convection et l'énergie perdue par conduction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 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 procédé de détermination de la température du liquide de refroidissement selon 30 l'invention, et - les figures 2 à 4 illustrent sous forme de schéma-blocs certains détails du procédé.

Tel qu'illustré à la figure 1, un bloc 1 permet de déterminer les pertes thermiques du liquide de refroidissement, tandis qu'un bloc 2 permet de déterminer l'énergie thermique cédée par le moteur au liquide de refroidissement.

Les variables pouvant être utilisées par le modèle utilisé dans le procédé sont : - le régime moteur, - le couple indiqué, - la température de l'air, - la vitesse du véhicule, - la température de l'eau, pour l'initialisation du procédé, puis pour comparer la valeur estimée à la valeur mesurée, - le mode d'injection (injection normale ou post-traitement filtre à particules), - la température de l'air ambiant, - une variable d'état de fonctionnement des actuateurs du système de refroidissement (par exemple pompe à eau activée/désactivée, thermostat ouvert/fermé, volet de masquage du radiateur de face avant véhicule ouvert/fermé).

Ce modèle comporte : - les contributeurs positifs, qui entraînent une hausse de la température de l'eau. Ces contributeurs positifs sont : a) l'énergie P_combustion dégagée par la combustion, qui est proportionnelle au produit régime moteur*couple indiqué ; elle peut obéir à la 25 relation suivante : P_combustion = K1*régime*couple_indiqué, le coefficient K1 pouvant être fonction du régime moteur et de la charge, b) l'énergie P_frottements liée aux frottements internes du moteur proportionnels au carré du régime, qui peut s'écrire 30 P_frottements = K2*(régime)2, et c) éventuellement des contributeurs supplémentaires (comme des actuateurs de chauffage, un réchauffeur électrique de liquide de refroidissement), - les contributeurs liés au refroidissement, qui sont fonction du comportement du circuit d'eau. On peut par exemple citer : a) le refroidissement par convection et ouverture proportionnelle du thermostat ; l'énergie échangée EchangesTh peut être : EchangesTh = K3*m.Cp.DeltaT, avec K3 un coefficient d'échange qui est fonction de la vitesse véhicule (convection forcée) et du fait que le thermostat soit ou non ouvert, b) le refroidissement par conduction le long du circuit, qui est inversement proportionnel au régime moteur, c) on peut également ajouter la fonctionnalité groupe moto-ventilateur (GMV), ainsi que la fonctionnalité thermo-management à débit d'eau nul. Les grandeurs paramétrables du modèle sont : - la masse d'eau contenue par le moteur (kg), - la surface d'échange (m2), - le temps caractéristique de l'inertie du bloc moteur (s), - un coefficient d'apport de chaleur lié aux frottements, - un coefficient d'échange par conduction, - une cartographie de coefficients de perte thermique de combustion, - une température de début d'ouverture et de pleine ouverture du thermostat, - une cartographie de coefficients d'échange par convection en boucle froide et chaude en fonction de la vitesse du véhicule. La figure 2 illustre plus en détail un mode de réalisation du procédé.

Conformément à ce mode de réalisation, le liquide de refroidissement est de l'eau et la température de l'eau est déterminée d'après la relation suivante : m*Cp*Teau(t+dt) = m*Cp*Teau(t) + Ecomb(t) + Kconv(Vitesse,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) + Kcond(N,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) (1) dans laquelle : - m désigne la masse d'eau dans le circuit de refroidissement, - Cp désigne la capacité calorifique massique de l'eau, - Teau(t) désigne la température de l'eau à l'instant initial t, - Teau(t+dt) désigne la température de l'eau à l'instant final t+dt, - Ecomb désigne l'énergie thermique cédée par le moteur à l'eau, - Kconv(Vitesse,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) désigne l'énergie thermique cédée par l'eau par convection, Vitesse désignant la vitesse du véhicule, Tair(t) désignant la température de l'air ambiant et Kconv un coefficient d'échange de convection, - Kcond(N,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) désigne l'énergie thermique cédée par l'eau par conduction, Kcond désignant un coefficient d'échange de conduction. On déduit de la relation (1) : Teau(t+dt)=(Ecomb(t)+(Kconv+Kcond)*Tair(t)+m*Cp*Teau(t)))/ (m*Cp+Kconv+Kcond) La figure 2 illustre une mise en oeuvre de cette relation. Le bloc 1 de détermination des pertes thermiques du liquide de refroidissement est détaillé à la figure 3, tandis que le bloc 2 de détermination de l'énergie thermique cédée par le moteur au liquide de refroidissement est détaillé à la figure 4. Le procédé selon l'invention permet un calcul embarqué sur le véhicule de la température du liquide de refroidissement. Le procédé permet de remplacer l'information donnée par un capteur quand son implantation sur le circuit ne permet pas une mesure fiable dans tous les cas de figure. Il permet également de diagnostiquer un capteur défaillant ou une anomalie du circuit de refroidissement, ou encore de remplacer l'information relative à la température de liquide de refroidissement quand celle donnée par le capteur est jugée défaillante.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la température du liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) déterminer l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, entre un instant initial et un instant final, b) additionner l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement et l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement, c) établir que la somme déterminée à l'étape b) est égale à la capacité thermique de l'ensemble du liquide de refroidissement multipliée par la différence de température du liquide de refroidissement entre l'instant initial et l'instant final, d) déterminer la température du liquide de refroidissement à l'instant final en fonction de la température du liquide de refroidissement à l'instant initial, à l'aide de la relation établie à l'étape c).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité thermique de l'ensemble du liquide de refroidissement est déterminée en multipliant la capacité calorifique massique du liquide de refroidissement par la masse du liquide de refroidissement.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement est déterminée en fonction de l'énergie dégagée par le moteur.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'énergie thermique reçue par le liquide de refroidissement est déterminée en fonction de l'énergie dégagée par la combustion et de l'énergie liée aux frottements internes dans le moteur.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'énergie dégagée par la combustion est déterminée en fonction du régime moteur et du couple moteur.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement est déterminée en fonction de l'énergie prélevée par le radiateur.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, le liquide de refroidissement étant associé à un radiateur, l'énergie thermique perdue par le liquide de refroidissement est déterminée en additionnant l'énergie perdue par convection et l'énergie perdue par conduction.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est de l'eau et en ce que la température de l'eau est déterminée d'après la relation suivante : m*Cp*Teau(t+dt) = m*Cp*Teau(t) + Ecomb(t) + Kconv(Vitesse,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) + Kcond(N,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) (1) dans laquelle : - m désigne la masse d'eau dans le circuit de refroidissement, - Cp désigne la capacité calorifique massique de l'eau, - Teau(t) désigne la température de l'eau à l'instant initial t, - Teau(t+dt) désigne la température de l'eau à l'instant final t+dt, - Ecomb désigne l'énergie thermique cédée par le moteur à l'eau, - Kconv(Vitesse,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) désigne l'énergie thermique cédée par l'eau par convection, Vitesse désignant la vitesse du véhicule, Tair(t) désignant la température de l'air ambiant et Kconv un coefficient d'échange de convection, - Kcond(N,Teau(t))*(Tair(t)-Teau(t+dt)) désigne l'énergie thermique cédée par l'eau par conduction, Kcond désignant un coefficient d'échange de conduction.30