FR3015561A1

FR3015561A1 - Vanne de commande de circuit de refroidissement a deux modes, ete et hiver

Info

Publication number: FR3015561A1
Application number: FR1363041A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Favelier; Jean-Sylvain Bernard; Maxime Gerbot
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: FR3015561B1

Abstract

Procédé pour la commande du circuit de refroidissement d'un moteur (104) de véhicule automobile parcouru par un fluide de refroidissement, ledit circuit étant alimenté par l'intermédiaire d'une vanne de commande (10) comprenant au moins deux tubulures de sortie du fluide (20, 22, 24), l'une étant reliée à un radiateur de refroidissement (112) du moteur, ledit procédé consistant à commander la vanne (10) suivant un nombre de phases de commandes dans lesquelles un organe de réglage de la vanne fait évoluer la section de sortie des tubulures de sortie, ledit procédé comportant deux modes de fonctionnement, l'un autorisant le mouvement dudit organe de réglage jusqu'à une position de fin de course correspondant à la pleine ouverture de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112) et l'autre autorisant ledit mouvement jusqu'à une position de fin de course opposée, correspondant à une ouverture partielle de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112).

Description

VANNE DE COMMANDE DE CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT À DEUX MODES, ÉTÉ ET HIVER L'invention se rapporte à un procédé de commande d'un circuit de refroidissement d'un moteur, notamment thermique, de véhicule automobile. Un tel circuit de refroidissement est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule en circuit fermé sous l'action d'une pompe de circulation. Généralement, un tel circuit de refroidissement comprend plusieurs branches, dont une branche qui contient un radiateur de refroidissement, une branche qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement et une branche qui contient un radiateur appelé "aérotherme", servant au chauffage de l'habitacle. Dans ce domaine, une amélioration a tout d'abord été apportée par le remplacement des vieux thermostats mécaniques qui réagissaient à une simple information de température du fluide dans le circuit, par des vannes, dites électriques, dont un boisseau est actionné par un moteur et qui offrent de nombreuses options pour la régulation, tant de la température du fluide de refroidissement dans le moteur thermique que de celle de l'habitacle. Il est ainsi connu un procédé pour la commande du circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile parcouru par un fluide de refroidissement, ledit circuit étant alimenté par l'intermédiaire d'une vanne de commande comprenant, d'une part, une entrée de fluide reliée à une arrivée de fluide de refroidissement en provenance du moteur et des tubulures de sortie du fluide, reliées aux différentes branches du circuit, et d'autre part, un organe de réglage en rotation logé dans le corps de la vanne et propre à répartir et/ou couper la circulation du fluide de refroidissement dans les tubulures de sortie sous l'action de moyens de commande. Il est en particulier connu des procédés de commande exploitant deux modes de fonctionnement correspondant à des conditions d'exploitation différentes et nécessitant une répartition du liquide de refroidissement dans les voies de sortie suivant des lois de commande distinctes. Ces deux modes de fonctionnement prévoient aujourd'hui de faire pivoter l'organe de réglage entre deux positions de fin de course opposées dans lesquelles la tubulure de sortie reliée au radiateur de refroidissement est pleinement ouverte.

Un tel type de vanne offre de grandes possibilités de commande tout en bénéficiant d'un bon niveau de compacité. Il n'en reste pas moins que la gestion de ces vannes avec les multiples modes de fonctionnement qu'il faut considérer, est complexe. Il convient de la sorte de limiter leur usure et leur consommation en courant.

Pour réaliser ces objectifs, l'invention concerne un procédé pour la commande du circuit de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile parcouru par un fluide de refroidissement, ledit circuit étant alimenté par l'intermédiaire d'une vanne de commande comprenant au moins deux tubulures de sortie du fluide, l'une étant reliée à un radiateur de refroidissement du moteur, ledit procédé consistant à commander la vanne suivant des phases de commandes dans lesquelles un organe de réglage de la vanne fait évoluer la section de sortie des tubulures de sortie, ledit procédé comportant deux modes de fonctionnement.

Selon l'invention, l'un desdits deux modes de fonctionnement autorise le mouvement dudit organe de réglage jusqu'à une position de fin de course correspondant à la pleine ouverture de la tubulure reliée au radiateur de refroidissement et l'autre autorise ledit mouvement jusqu'à une position de fin de course opposée, correspondant à une ouverture partielle de la tubulure reliée au radiateur de refroidissement.

On limite de la sorte la course de l'organe de réglage ce qui favorise la fiabilité de la vanne. L'invention tire en particulier parti du fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser à plein les capacités du radiateur dans toutes les conditions de fonctionnement. En conséquence, si la vanne possède deux modes de fonctionnement différents, l'on pourra exploiter tout ou partie des différences de fonctionnement desdits modes pour se contenter d'un débit moindre dans la branche contenant ledit radiateur de refroidissement, dans l'un desdits modes. Lesdites différences de fonctionnement pourront en particulier venir de conditions extérieures, et notamment de conditions hivernales ou estivales, influant sur l'efficacité du radiateur.35 Avantageusement, ledit mouvement est une rotation et l'un des dits deux modes de fonctionnement autorise la rotation dudit organe de réglage jusqu'à la pleine ouverture de la tubulure reliée au radiateur de refroidissement, l'autre n'autorisant ladite rotation que sur un secteur angulaire réduit.

De façon préférentielle, le secteur angulaire réduit diffère d'un angle inférieur à 30°, plus préférentiellement d'un angle compris entre 10 et 20° et, idéalement, d'un angle sensiblement égal à 15°, par rapport à une position de pleine ouverture de la tubulure reliée au radiateur de refroidissement.

Avantageusement le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par une information sur la température extérieure. Et de façon préférentielle les deux modes de fonctionnement sont un mode adapté aux conditions estivales et un mode adapté aux conditions hivernales. On peut ainsi distinguer un mode hiver où le radiateur n'a pas besoin d'être utilisé à ses pleines capacités et un mode été où il doit pouvoir être utilisé au maximum. De façon alternative le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par une action d'un passager dudit véhicule.

Préférentiellement le procédé comprend un mode de commande du refroidissement du moteur sans chauffage de l'habitacle et un mode de commande du refroidissement du moteur avec chauffage de l'habitacle. La position de fin de course avec ouverture partielle de la tubulure reliée au radiateur de refroidissement intervient alors au cours du mode avec chauffage. Avantageusement le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par la mise en fonctionnement du dispositif de chauffage de l'habitacle. L'invention porte également sur un procédé tel que décrit précédemment, mettant en oeuvre une vanne ayant trois tubulures de sortie, une première tubulure de sortie reliée au radiateur de refroidissement, une deuxième tubulure de sortie reliée à une branche de dérivation dudit radiateur de refroidissement, et une troisième tubulure de sortie reliée à un aérotherme, l'organe de réglage de la vanne étant propre à prendre successivement au moins les positions suivantes lorsqu'il est entraîné en rotation dans un sens donné: - position "radiateur en mode sans chauffage", en laquelle la première tubulure de sortie est pleinement ouverte en position de fin de course de l'organe de réglage; - position "débit nul", en laquelle aucune tubulure de sortie n'est ouverte ; - position " radiateur avec chauffage", en laquelle la première tubulure de sortie est partiellement ouverte en position de fin de course de l'organe de réglage.

L'invention concerne encore une vanne configurée pour la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique de véhicule automobile incorporant une vanne de commande ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une vanne de commande, du type à trois voies, pour moteur thermique de véhicule automobile permettant la mise en oeuvre du procédé de commande selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe de la vanne de commande de la figure 2, le plan de coupe passant par l'axe de rotation du boisseau ; - la figure 4 est un schéma donnant le débit du fluide dans les différentes branches du circuit de refroidissement en fonction de la rotation du boisseau, suivant un exemple de mise en oeuvre du procédé de commande selon l'invention. La figure 1 illustre un circuit 102 pour le refroidissement d'un moteur thermique 104 de véhicule automobile. Le circuit 102 est parcouru par un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel, qui circule sous l'action d'une pompe 106. Le fluide échauffé par le moteur quitte ce dernier par une sortie 108 qui est reliée à la tubulure d'entrée 18 d'une vanne de commande 10 du type décrit précédemment. Cette vanne comprend également trois tubulures de sortie 20, 22 et 24 qui sont reliées à trois branches du circuit. La première tubulure 20 est reliée à une première branche 110 qui contient un radiateur de refroidissement 112 du moteur. La seconde tubulure 24 est reliée à une deuxième branche 116 qui constitue une dérivation du radiateur de refroidissement 112. Elle pourra comprendre d'autres échangeurs tels que des échangeurs d'huile, des échangeurs de gaz d'échappement recirculés, des refroidisseur d'air de suralimentation, des condenseurs d'un système de climatisation et/ou autres. Enfin, la troisième tubulure de sortie 22 est reliée à une troisième branche 118 qui contient un aérotherme 120 servant au chauffage de l'habitacle du véhicule.

La vanne 10 permet ainsi de gérer indépendamment les débits de fluide dans les trois branches 110, 116 et 118 afin d'optimiser la température du moteur thermique et le chauffage de l'habitacle.

Les figures 2 et 3 montrent une vanne de commande 10 qui comprend un corps cylindrique 12 limité par une paroi de fond 14 et par une paroi latérale cylindrique 16 d'axe )0( accueillant un boisseau 26. Dans la paroi de fond 14 débouche un orifice axial délimité par la tubulure d'entrée 18. Dans la paroi latérale cylindrique 16 débouchent radialement les trois orifices latéraux délimités par les tubulures de sortie 20, 22 et 24. En variante non illustré, le corps de vanne pourra présenter un aspect massif, notamment issu de fonderie, ledit boisseau étant alors logé dans un alésage ménagé dans le corps, ce dernier comprenant en outre des conduits correspondant auxdites tubulures des sorties.

Les première et deuxième tubulures 20 et 24 sont ici diamétralement opposées, tandis que la troisième tubulure 22 forme un angle de 90° par rapport à l'axe commun des tubulures 20 et 24. En outre, les tubulures 20, 22 et 24 ont des diamètres successivement décroissants. La vanne pourra bien sûr présenter une configuration différentes desdites tubulures de sorties, notamment en nombre, section et/ou disposition angulaire.

A l'intérieur du corps de vanne 12 est logé un boisseau 26 qui est réalisé sous la forme d'un élément généralement cylindrique et qui se prolonge en son centre par un moyeu 28 dirigé suivant l'axe XX. Ce moyeu 28 passe au travers d'une ouverture centrale pratiquée dans un couvercle 30 de forme circulaire. On a représente ici un boisseau présentant la forme d'un cylindre plein tronqué. En variante non illustré, il pourra s'agir d'une portion angulaire d'enveloppe cylindrique présentant un contour permettant la mise en oeuvre des lois de commande désirées. Ledit boisseau est solidaire en rotation d'un axe d'entrainement, par exemple au moyen d'un doigt radial. Ledit boisseau est propre à venir en contact étanche avec la face interne de la paroi latérale.

Le boisseau 26 est entraîné en rotation autour de l'axe XX par un actionneur 36 représenté schématiquement sur la figure 2. Il peut s'agir, par exemple, d'un moto-réducteur constitué d'un moteur électrique couplé à un réducteur, dont la position est asservie grâce à une recopie de position d'un capteur, pour amener le boisseau 26 dans une multiplicité de positions différentes. En variante, on peut utiliser d'autres types d'actionneurs, par exemple des moteurs pas à pas ou des moteurs sans balais. Le boisseau 26 permet, par sa position angulaire dans le corps de vanne, de contrôler les sorties de fluide 20, 22 et 24, avec une loi qui est définie par la configuration mutuelle des orifices de sortie et du boisseau de la vanne. De la sorte, la vanne gère indépendamment les débits de fluide dans les conduits précités et le procédé de gestion de ses modes de fonctionnement qui lui est associé permet d'optimiser la température du bloc moteur et le chauffage de l'habitacle.

Pour cela, la vanne est commandée entre un premier angle d'extrémité 01 et un deuxième angle d'extrémité 02, correspondant à des positions de fin de course opposées du boisseau 26. Deux modes de commande sont classiquement envisagés, un mode de commande du refroidissement du moteur 1 sans chauffage de l'habitacle et un mode de commande du refroidissement du moteur 1 avec chauffage de l'habitacle. Lors du démarrage à froid du moteur, la circulation du fluide dans la vanne est avantageusement coupée. La figure 4 illustre, en fonction de la position angulaire de l'organe de réglage 26, les courbes de débit du fluide de refroidissement au travers des tubulures de sorties 20, 22 et 24. La courbe en traits pleins représente le débit dans le radiateur de refroidissement 112, celle en tirets le débit dans la branche de dérivation et enfin celle en pointillés le débit dans l'aérotherme. On constate que les positions d'ouverture de la tubulure de sortie 20 communiquant avec le radiateur de refroidissement 20 correspondent aux positions de fin de course du boisseau 26.

En entraînant l'organe de réglage 26 en rotation dans un sens donné par rapport au corps de la vanne (illustrée en se déplaçant de gauche à droite sur la figure 4), la vanne prend ici successivement les configurations suivantes (repérées par leur numéro sur la figure 4): 1- position "radiateur", en laquelle seule la première tubulure de sortie 20 est ouverte ; 2- position "radiateur + dérivation", en laquelle la première tubulure de sortie 20 et la deuxième tubulure de sortie 24 sont ouvertes, la troisième restant fermée ; 3- position "dérivation", en laquelle seule la deuxième tubulure de sortie 24 est ouverte ; 4- position "débit nul", en laquelle aucune tubulure de sortie n'est ouverte. Dans cette position, le débit maximum toléré dans le moteur thermique est de l'ordre de quelques litres par heure, voire moins de un litre par heure ; 5- position "aérotherme", en laquelle seule la troisième tubulure de sortie 22 est ouverte ; 6- position "aérotherme + dérivation", en laquelle la deuxième tubulure de sortie 24 et la troisième tubulure de sortie 22 sont ouvertes ; 7- position "radiateur + dérivation + aérotherme", en laquelle la première tubulure de sortie 20, la deuxième tubulure de sortie 24 et la troisième tubulure de sortie 22 sont ouvertes; 8- position " radiateur + aérotherme", en laquelle la première tubulure de sortie 20 et la troisième tubulure de sortie 22 sont ouvertes.

Le besoin en refroidissement du fluide par le radiateur 112 est nettement moindre en hiver qu'en été car l'air qui le traverse est alors nettement plus froid. Les échanges thermiques dans le radiateur 112 étant nettement plus efficaces, il y a un moindre besoin en hiver de circulation du fluide dans la première branche 110 du circuit de refroidissement. L'ouverture complète de la première tubulure 20 par la vanne 10 n'est donc pas nécessaire dans ce cas. L'invention propose d'utiliser cette propriété pour simplifier le procédé de régulation qui actionne la vanne 10. Elle préconise ainsi une limitation, en hiver, du déplacement angulaire du boisseau 26 de la vanne. A titre d'exemple l'angle de pleine ouverture est réduit d'un angle d'environ 15° lorsque les conditions hivernales sont réunies. Cet angle est préférentiellement inférieur à 30° et plus préférentiellement compris entre 10 et 20°. A contrario le plein débattement du boisseau est conservé dans les conditions estivales pour assurer un refroidissement correct du moteur thermique 104, même lorsque l'air qui traverse le radiateur 112 est relativement chaud. Le procédé de régulation du refroidissement du moteur thermique fonctionne ainsi selon deux modes distincts, un mode été et un mode hiver, le changement de mode s'effectuant sur commande, à l'aide d'un paramètre d'entrée qui analyse les conditions indiquant que le véhicule évolue en hiver ou en été. Ce paramètre peut, par exemple, être la mise en route du chauffage dans l'habitacle ou par toute autre action d'un passager du véhicule ou bien une mesure directe de la température extérieure par un capteur approprié. La réduction de secteur angulaire par rapport à la position de pleine ouverture ne s'effectue que lorsqu'on est en mode hiver, ce qui peut être associé pour sa représentation sur la figure 4 au mode de commande avec chauffage. La rotation du boisseau est dans ce cas limitée à un angle égal sensiblement à ce qui est illustré par la ligne verticale 100 sur la figure, la réduction angulaire associée correspondant à la zone repérée 102. Pour être efficace cette limitation sur l'ouverture de la première tubulure 20 doit intervenir lorsque le radiateur est alimenté, c'est-à-dire lorsque la vanne 10 se trouve dans une position "radiateur + aérotherme" ou « radiateur + aérotherme + dérivation ». Bien entendu, la vanne de l'invention et la programmation des moyens de commande selon le procédé de l'invention sont susceptibles de nombreuses variantes de réalisation.15

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour la commande du circuit de refroidissement d'un moteur (104) de véhicule automobile parcouru par un fluide de refroidissement, ledit circuit étant alimenté par l'intermédiaire d'une vanne de commande (10) comprenant au moins deux tubulures de sortie du fluide (20, 22, 24), l'une étant reliée à un radiateur de refroidissement (112) du moteur, ledit procédé consistant à commander la vanne (10) suivant des phases de commandes dans lesquelles un organe de réglage de la vanne fait évoluer la section de sortie des tubulures de sortie, ledit procédé comportant deux modes de fonctionnement, l'un autorisant le mouvement dudit organe de réglage jusqu'à une position de fin de course correspondant à la pleine ouverture de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112) et l'autre autorisant ledit mouvement jusqu'à une position de fin de course opposée, correspondant à une ouverture partielle de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit mouvement est une rotation et l'un des dits deux modes de fonctionnement autorise la rotation dudit organe de réglage jusqu'à la pleine ouverture de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112), l'autre n'autorisant ladite rotation que sur un secteur angulaire réduit..
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit secteur angulaire réduit diffère d'un angle compris entre 10 et 20° par rapport à une position de pleine ouverture de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par une information sur la température extérieure.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les deux modes de fonctionnement sont un mode adapté aux conditions estivales et un mode adapté aux conditions hivernales.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par une action d'un passager dudit véhicule.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant un mode de commande du refroidissement du moteur (104) sans chauffage de l'habitacle et un mode de commande du refroidissement du moteur avec chauffage de l'habitacle, procédé dans lequel la position de fin de course avec ouverture partielle de la tubulure (20) reliée au radiateur de refroidissement (112) intervient au cours du mode avec chauffage.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est commandé par la mise en fonctionnement du dispositif de chauffage de l'habitacle.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, mettant en oeuvre une vanne (10) ayant trois tubulures de sortie, une première tubulure de sortie (20) reliée au radiateur de refroidissement (112), une deuxième tubulure de sortie (24) reliée à une branche de dérivation (116) dudit radiateur de refroidissement, et une troisième tubulure de sortie (22) reliée à un aérotherme (120), l'organe de réglage (26) de la vanne (10) étant propre à prendre successivement au moins les positions suivantes lorsqu'il est entraîné en rotation dans un sens donné: - position "radiateur en mode sans chauffage", en laquelle la première tubulure de sortie (20) est pleinement ouverte en position de fin de course de l'organe de réglage; - position "débit nul", en laquelle aucune tubulure de sortie n'est ouverte ; - position " radiateur en mode avec chauffage", en laquelle la première tubulure de sortie (20) est partiellement ouverte en position de fin de course de l'organe de réglage.
10. Vanne de commande configurée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconques des revendications précédentes.