FR2964910A1 - Dispositif de detection de givrage par determination d'un ecart de tension, pour une installation de chauffage/ climatisation de vehicule - Google Patents

Abstract

Un dispositif de détection de givrage (D) est destiné à une installation de chauffage/climatisation (IC) de véhicule comprenant un échangeur (EE), propre à échanger des calories avec un air dit extérieur ayant une température en cours, et un groupe moto-ventilateur (G) comprenant une hélice (H) propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur ayant traversé l'échangeur (EE) et un moteur électrique (ME) couplé à l'hélice (H) et présentant une tension en cours à ses bornes représentative du régime de l'hélice (H). Ce dispositif (D) comprend des moyens de traitement (MT) agencés pour déterminer un écart entre une valeur de mesure représentative de cette tension en cours et une valeur de référence représentative d'une tension de référence du moteur électrique (ME) en présence de la vitesse en cours du véhicule et de la température en cours, et pour déduire de cet écart des informations de givrage de l'échangeur (EE).

Description

DISPOSITIF DE DÉTECTION DE GIVRAGE PAR DÉTERMINATION D'UN ÉCART DE TENSION, POUR UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE/ CLIMATISATION DE VÉHICULE L'invention concerne les installations de chauffage/climatisation qui équipent certains véhicules, éventuellement de type automobile. Certaines installations de chauffage/climatisation de véhicule constituent des pompes à chaleur réversibles qui sont capables de Zo fonctionner en mode chauffage comme en mode réfrigération. Elles comportent notamment un échangeur chargé d'échanger des calories avec l'air dit extérieur via un fluide frigorigène (liquide ou gazeux). L'échangeur est généralement un évaporateur dit externe qui est chargé, en mode chauffage, de réchauffer le fluide frigorigène refroidi et 15 dépressurisé par échange avec l'air extérieur. Cet évaporateur externe constitue une pompe à chaleur réversible avec un condenseur dit interne qui est chargé, en mode chauffage, de contribuer au chauffage d'un air dit intérieur par échange avec le fluide frigorigène chauffé et sous pression. On entend ici par "externe" un équipement intervenant dans le 20 processus d'échange de calories avec l'air extérieur, et par "interne" un équipement intervenant dans le processus d'échange de calories avec l'air intérieur. Lorsqu'il fait froid ou très froid, c'est-à-dire lorsque la température de l'air extérieur est négative ou située au voisinage de zéro degré centigrade 25 (0°C), le contact entre l'air extérieur et le fluide frigorigène qui circule dans l'échangeur, après avoir été partiellement refroidi dans l'installation, provoque fréquemment le givrage de cet échangeur (notamment au niveau de sa face avant). Un tel givrage induit une perte de charge du flux d'air extérieur par rapport à des conditions climatiques normales à iso-vitesse de véhicule et iso- 30 température extérieure, ce qui nuit aux performances de la pompe à chaleur en mode chauffage (réductions de la puissance thermique et du coefficient de performance (ou COP)) et donc rend l'installation moins performante.

Afin de détecter la formation de givre, il a été proposé de placer un capteur dédié sur l'évaporateur externe. Les informations fournies par ce capteur sont alors utilisées pour mettre en oeuvre une stratégie de dégivrage qui dépend du type de l'installation de chauffage/climatisation.

On comprendra que l'utilisation d'un capteur dédié additionnel augmente le coût de l'installation de chauffage/climatisation. En outre, lorsque ce capteur dédié est défaillant il devient impossible de mettre en oeuvre la stratégie de dégivrage, ce qui peut s'avérer dangereux, notamment lorsque le véhicule est de type dit "tout électrique" ou "hybride".

L'invention a donc pour but de proposer un dispositif de détection de givrage qui ne nécessite pas de capteur dédié additionnel. Elle propose plus précisément à cet effet un dispositif de détection, pour une installation de chauffage/climatisation de véhicule comprenant un échangeur (externe), propre à échanger des calories avec un air dit extérieur ayant une température en cours, et un groupe moto-ventilateur, comprenant une hélice propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur ayant traversé l'échangeur et un moteur électrique couplé à l'hélice et présentant une tension en cours à ses bornes qui est représentative du régime de l'hélice. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de traitement agencés pour déterminer un écart entre une valeur de mesure représentative de la tension en cours et une valeur de référence représentative d'une tension de référence du moteur électrique en présence de la vitesse en cours du véhicule et de la température en cours, et pour déduire de cet écart des informations de givrage de l'échangeur.

Le dispositif de détection selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour déterminer l'écart en comparant la valeur de mesure à la valeur de référence correspondante; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour déduire les informations de givrage de l'échangeur par comparaison de l'écart à un seuil qui varie en fonction des vitesse et température en cours; - l'écart peut être représentatif du taux de colmatage par givrage de l'échangeur; - il peut comprendre des moyens de stockage agencés pour stocker des données représentatives de valeurs de référence, elles-mêmes représentatives de la tension de référence du moteur électrique en présence de différentes vitesses en cours du véhicule et de différentes températures en cours; - les valeurs de référence peuvent être des tensions de référence du moteur électrique.

L'invention propose également une installation de chauffage/ climatisation pour un véhicule, éventuellement de type automobile, comprenant i) un échangeur, propre à échanger des calories avec un air dit extérieur ayant une température en cours, ii) un groupe moto-ventilateur, comprenant une hélice propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur ayant traversé l'échangeur et un moteur électrique couplé à l'hélice et présentant une tension en cours à ses bornes représentative du régime de l'hélice, et iii) un dispositif de détection du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, comprenant une installation de chauffage/climatisation du type de celle présentée ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation très simplifié d'une installation de chauffage/climatisation équipée d'un dispositif de détection selon l'invention, - la figure 2 illustre deux exemples de courbe d'évolution de la vitesse de l'air en sortie d'un échangeur externe en fonction de la vitesse du véhicule, respectivement en présence de conditions climatiques normales (Cref) et en présence de givre (Cm), et - la figure 3 illustre deux exemples de courbe d'évolution de la tension aux bornes d'un moteur électrique de groupe moto-ventilateur en fonction de la vitesse du véhicule pour une température d'air extérieur donnée, respectivement en présence de conditions climatiques normales (C'ref) et en présence de givre (C'pg). Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but de proposer un dispositif de détection (D) permettant de détecter le givre qui se forme sur un échangeur (extérieur) (EE) d'une installation de chauffage/climatisation (IC) de véhicule et de type pompe à chaleur réversible.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que l'installation de chauffage/climatisation (IC) fait partie d'un véhicule automobile, comme par exemple une voiture, éventuellement de type "tout électrique" ou "hybride". Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule pouvant se déplacer et comportant une installation de chauffage/climatisation de type pompe à chaleur réversible. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation très simplifié d'une installation de chauffage/climatisation IC de véhicule (ici automobile) et de type pompe à chaleur réversible.

Une telle installation de chauffage/climatisation IC est destinée à fonctionner en mode chauffage ou en mode réfrigération selon les besoins. Elle comprend notamment à cet effet un échangeur (externe) EE et un groupe moto-ventilateur G. L'échangeur (externe) EE est agencé de manière à échanger des calories avec de l'air dit extérieur. Il s'agit par exemple d'un évaporateur externe qui est chargé, en mode chauffage, de réchauffer un fluide frigorigène refroidi et dépressurisé (qui est issu d'un autre équipement de l'installation IC (généralement un détendeur externe)) par échange avec l'air extérieur (froid), c'est-à-dire absorption de calories contenues dans l'air extérieur. Il délivre en 3o sortie un fluide frigorigène, en phase gazeuse et légèrement réchauffé, qui est destiné à alimenter un autre équipement de l'installation IC (généralement un compresseur). Cet échangeur EE reçoit sur sa face avant FV (orientée vers l'extérieur du véhicule) un flux d'air extérieur entrant Fe et délivre au niveau de sa face arrière FR (opposée à sa face avant FV) un flux d'air extérieur sortant Fs destiné à alimenter le groupe moto-ventilateur G. Il est rappelé que l'on entend ici par "externe" un équipement qui intervient dans le processus d'échange de calories avec l'air extérieur, et par "interne" un équipement qui intervient dans le processus d'échange de calories avec l'air intérieur extrait de l'habitacle du véhicule. Le groupe moto-ventilateur G comprend notamment une hélice H, qui est propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur (Fs) qui a traversé l'échangeur EE, et un moteur électrique ME, qui est couplé à son hélice H et qui présente une tension à ses bornes Ue. Il est important de noter que cette tension Ue est représentative du régime de l'hélice H lorsque le moteur électrique ME n'est pas alimenté en énergie électrique et donc qu'il fonctionne en tant que générateur. On entend ici par "régime de l'hélice" le nombre de tours par minute qu'effectue l'hélice H. On notera que l'installation IC comprend plusieurs autres équipements (représentés schématiquement sur la figure 1 par la référence PC), et notamment, un compresseur, un condenseur interne, un détendeur externe et un condenseur externe qui interviennent tous au moins dans le mode chauffage. Le condenseur interne constitue la pompe à chaleur réversible de l'installation IC avec l'évaporateur externe EE. Il n'intervient que dans le mode chauffage dans lequel il est chargé de contribuer au chauffage de l'air intérieur par échange avec le fluide frigorigène transformé en gaz chaud et pressurisé par le compresseur. Il délivre sur sa sortie un fluide frigorigène en phase liquide partiellement refroidi lors de l'échange avec l'air intérieur. Le compresseur est chargé de chauffer et de pressuriser le fluide frigorigène qui, en mode chauffage, est issu de l'évaporateur externe. Le détendeur externe n'intervient que dans le mode chauffage. Il est chargé de refroidir et dépressuriser le fluide frigorigène qui est issu du condenseur externe, avant qu'il n'alimente l'évaporateur externe EE. Il délivre un liquide refroidi et dépressurisé. Le condenseur externe est chargé, en mode chauffage, de collecter le fluide frigorigène, qui est issu du condenseur interne, pour alimenter avec ce fluide frigorigène le détendeur externe. Il peut également fonctionner dans le mode réfrigération. Dans ce cas, l'installation IC doit également comprendre un détendeur interne et un évaporateur interne. On notera que l'évaporateur externe EE et le condenseur externe peuvent éventuellement constituer deux sous-parties d'un même équipement. L'invention propose un dispositif de détection D destiné à détecter le givrage de l'échangeur externe EE. On notera que ce dispositif (de détection) D peut faire partie de l'installation de chauffage/climatisation IC, ou bien il peut être externe à cette dernière (IC). Il peut, par exemple, faire partie intégrante des moyens de contrôle de l'installation IC. De ce fait, le dispositif de détection D peut être réalisé sous la forme de circuits électroniques, de modules logiciels (ou informatiques), ou d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

Un dispositif D, selon l'invention, comprend au moins des moyens de traitement MT qui sont tout d'abord agencés pour déterminer un écart entre une valeur de mesure, qui est représentative de la tension aux bornes du moteur électrique ME du groupe moto-ventilateur G, et une valeur de référence, qui est représentative de la tension de référence de ce même moteur électrique ME en présence de la vitesse en cours Ve du véhicule et de la température extérieure en cours Te. La vitesse en cours Ve est la dernière vitesse du véhicule qui a été mesurée (ou estimée) et donc qui est disponible. Elle est par exemple fournie par (ou obtenue auprès de) l'ordinateur de bord du véhicule.

La température extérieure en cours Te est la dernière température extérieure qui a été mesurée (ou estimée) et donc qui est disponible. Elle est par exemple fournie par l'ordinateur de bord du véhicule ou bien par un capteur dédié (directement ou indirectement). L'invention repose en effet sur la prise en compte du fait que la vitesse VA du flux d'air extérieur sortant Fs est directement proportionnelle à la vitesse Ve du véhicule et à la perte de charge subie lors de la traversée de l'échangeur externe EE. Par conséquent, lorsque du givre se forme au niveau de l'échangeur externe EE (et notamment sur sa face avant FV), cela induit une perte de charge du flux d'air extérieur sortant Fs, ce qui se entraîne une diminution du régime de l'hélice H du groupe moto-ventilateur G et donc une diminution de la tension Ue aux bornes du moteur électrique ME du groupe moto-ventilateur G lorsque ledit moteur électrique ME fonctionne en tant que générateur. Typiquement, du givre ne pourra apparaître qu'en présence d'une température extérieure basse, d'une hygrométrie importante et d'une faible vitesse d'air extérieur. Un exemple non limitatif de courbe Cref représentant l'évolution de la vitesse VA d'un véhicule en présence de conditions climatiques normales et en fonction de la vitesse V du véhicule, est illustré sur la figure 2. On a également illustré sur cette même figure 2 un exemple non limitatif de courbe Cpg représentant l'évolution de la vitesse VA d'un véhicule en présence de givre et en fonction de la même vitesse V=Ve du véhicule. Comme on peut le constater, même pour des vitesses relativement faibles, la variation de vitesse du flux d'air Fs en présence de givre devient rapidement significative et donc détectable au niveau du régime de l'hélice H ou de la tension Ue. Par conséquent, chaque écart déterminé peut être représentatif du taux de colmatage par givrage de l'échangeur externe EE.

De préférence, les moyens de traitement MT sont agencés pour déterminer l'écart de façon périodique, dès que l'installation IC est en mode chauffage. Par ailleurs, les moyens de traitement MT sont préférentiellement agencés pour déterminer chaque écart en comparant la valeur de mesure disponible à la valeur de référence correspondante (c'est-à-dire celle obtenue en présence de conditions climatiques normales (non givrantes) et pour la vitesse Ve concernée). Mais tout autre technique connue de l'homme de l'art et permettant de déterminer un écart peut être ici utilisée. De plus, et également de préférence, les valeurs qui sont utilisées 3o pour déterminer les écarts sont des tensions aux bornes du moteur électrique ME. Mais, dans une variante, au lieu de déterminer les écarts à partir de valeurs de tension on pourrait le faire à partir de valeurs de régime de l'hélice H. Cela est en effet équivalent, du fait qu'il existe une relation de correspondance bien définie entre le régime de l'hélice H et la tension aux bornes du moteur électrique ME. La valeur de la tension en cours Ue aux bornes du moteur électrique ME est la dernière valeur qui a été mesurée (ou estimée) et donc qui est disponible. Elle est par exemple fournie (directement ou indirectement) par un capteur de tension CT qui peut faire partie de l'installation IC, comme illustré non limitativement sur la figure 1. On notera que dans la variante de valeurs mentionnée ci-avant, la valeur du régime de l'hélice H en cours est la dernière valeur qui a été mesurée (ou estimée) et donc qui est disponible. Elle est par exemple fournie (directement ou indirectement) par un capteur de régime qui est implanté dans le groupe moto-ventilateur G. On notera que le dispositif D peut, comme illustré non limitativement, comprendre des moyens de stockage MS agencés pour stocker des données qui sont représentatives de valeurs de référence, elles-mêmes représentatives de la tension de référence du moteur électrique ME en présence de différentes vitesses en cours Ve du véhicule et de différentes températures en cours Te. Les données stockées peuvent être représentatives de courbes d'évolution de la tension aux bornes du moteur électrique ME en présence de conditions climatiques normales et en fonction de la vitesse V du véhicule, respectivement pour différentes températures d'air extérieur. Un exemple non limitatif de courbe C'ref représentant l'évolution de la tension aux bornes d'un moteur électrique ME en présence de conditions climatiques normales et en fonction de la vitesse V du véhicule, pour une température d'air extérieur donnée Te, est illustré sur la figure 3. On a également illustré sur cette même figure 3 un exemple non limitatif de courbe C'pg représentant l'évolution de la tension Ue aux bornes du même moteur électrique ME en présence de givre et en fonction de la même vitesse V=Ve du véhicule, pour la même température d'air extérieur donnée Te. Ces deux courbes C'ref et C'pg sont ici des droites de pentes différentes, et donc l'écart entre la tension en cours Ue en présence de givre et la tension de référence en l'absence de givre croit assez rapidement pour une température donnée. Il est important de noter, comme indiqué dans un paragraphe précédent, que les données stockées peuvent être représentatives soit de valeurs de tension de référence aux bornes du moteur électrique ME (obtenues lors de test), soit de valeurs de régime de référence de l'hélice H (obtenues lors de test).

Tout type de moyen de stockage MS connu de l'homme de l'art peut être ici utilisé, et notamment une mémoire ou une base de données, éventuellement de type logiciel. Les moyens de traitement MT sont également agencés, chaque fois qu'ils ont déterminé un écart, pour déduire de cet écart des informations de givrage de l'échangeur externe EE. Par exemple, les moyens de traitement MT peuvent être avantageusement agencés de manière à déduire les informations de givrage de l'échangeur externe EE par comparaison de l'écart déterminé à un seuil qui varie en fonction des vitesse Ve et température Te en cours. Mais tout autre technique connue de l'homme de l'art et permettant de déterminer déduire les informations de givrage à partir de l'écart déterminé peut être ici utilisée. Les moyens de traitement MT peuvent par exemple calculer en temps réel chaque seuil en appliquant à la donnée stockée qui représente la valeur de référence correspondant aux vitesse Ve et température Te une formule prédéfinie ayant pour paramètres ces vitesse Ve et température Te en cours. Cette formule peut, par exemple, être un pourcentage fonction de Te et Ve. Si l'écart déterminé est supérieur au seuil qui correspond aux vitesse Ve et température Te en cours, alors les moyens de traitement MT en déduisent qu'il y a givrage de l'échangeur externe EE et le signalent au moyen d'une information Id. Cette dernière (Id) pourra alors être utilisée par un algorithme de gestion de dégivrage de l'échangeur externe EE qui dépend du type de l'installation IC. A titre d'exemple non limitatif, une stratégie de dégivrage peut consister à réchauffer l'évaporateur externe EE par conduction thermique, lorsqu'il est imbriqué, ou en contact mécanique, avec le condenseur externe, et/ou par le biais de l'air extérieur qui a été réchauffé lors de son passage au travers du condenseur externe (ce qui nécessite que ce dernier soit placé en amont de l'évaporateur externe EE vis-à-vis du flux d'air Zo extérieur entrant Fe). L'invention est particulièrement avantageuse du fait qu'elle permet d'utiliser une information relative au groupe moto-ventilateur pour détecter une situation de givrage, au lieu d'utiliser des informations fournies par un capteur de givrage dédié. Cela permet non seulement une réduction de coût, mais également une suppression des situations interdisant la mise en oeuvre d'une stratégie de dégivrage en raison d'une défaillance du capteur de givrage dédié L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de Zo détection, d'installation de chauffage/climatisation et de véhicule décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection de givrage (D) pour une installation de chauffage/ climatisation (IC) de véhicule comprenant un échangeur (EE), propre à échanger des calories avec un air dit extérieur ayant une température en cours, et un groupe moto-ventilateur (G) comprenant une hélice (H) propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur ayant traversé ledit échangeur (EE) et un moteur électrique (ME) couplé à ladite hélice (H) et io présentant une tension en cours à ses bornes représentative du régime de ladite hélice (H), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement (MT) agencés pour déterminer un écart entre une valeur de mesure représentative de ladite tension en cours et une valeur de référence représentative d'une tension de référence dudit moteur électrique (ME) en 15 présence de la vitesse en cours dudit véhicule et de la température en cours, et pour déduire de cet écart des informations de givrage dudit échangeur (EE).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour déterminer ledit écart en 20 comparant ladite valeur de mesure à ladite valeur de référence.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour déduire lesdites informations de givrage dudit échangeur (EE) par comparaison dudit écart à un seuil fonction desdites vitesse et température en cours. 25
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit écart est représentatif du taux de colmatage par givrage dudit échangeur (EE).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage (MS) agencés pour stocker des données 30 représentatives de valeurs de référence représentatives de la tension de référence dudit moteur électrique (ME) en présence de différentes vitesses en cours dudit véhicule et de différentes températures en cours.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesditesvaleurs de référence sont des tensions de référence dudit moteur électrique (ME).
7. 7. Installation de chauffage/climatisation (IC) de véhicule comprenant un échangeur (EE), propre à échanger des calories avec un air dit extérieur ayant une température en cours, et un groupe moto-ventilateur (G) comprenant une hélice (H) propre à être entraînée en rotation par l'air extérieur ayant traversé ledit échangeur (EE) et un moteur électrique (ME) couplé à ladite hélice (H) et présentant une tension en cours à ses bornes représentative du régime de ladite hélice (H), caractérisée en ce qu'elle io comprend en outre un dispositif de détection de givrage (D) selon l'une des revendications précédentes.
8. 8. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une installation de chauffage/climatisation (IC) selon la revendication 7.