FR2808305A1 - Method and equipment for cooling vehicle heat engine, comprises calculator which receives engine load and entry and exit temperatures and controls coolant pump, radiator fan and radiator bypass valve - Google Patents
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Abstract
Description
<U>Procédé et dispositif de refroidissement d'un moteur</U> thermi- Que <U>de véhicule</U> L'invention concerne le refroidissement du moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile. The invention relates to the cooling of the driving thermal engine of a motor vehicle.
Selon un procédé classique, pour cette opération, on fait circuler un fluide caloporteur dans un circuit de fluide passant par le moteur et contenant une pompe de circulation et un radiateur de refroidissement balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventilateur. According to a conventional method, for this operation, a heat transfer fluid is circulated in a fluid circuit passing through the engine and containing a circulation pump and a cooling radiator swept by a flow of air produced by a motor-fan unit.
La pompe de circulation est généralement entraînée mécanique ment par le moteur thermique, de sorte que son régime est directement proportionnel au régime du moteur. L'énergie prélevée par la pompe sur le moteur est donc souvent très supérieure à ce qui est nécessaire, et le moteur est dans la plupart des cas refroidi à une température trop basse, réduisant ainsi le rendement et augmentant la pollution atmosphérique. Notamment, la montée en température du moteur au démarrage est retardée. À l'inverse, lorsque le moteur tourne au ralenti, le débit de la pompe peut être insuffisant pour assurer un chauffage satisfaisant de l'habitacle. The circulation pump is generally driven mechanically by the heat engine, so that its speed is directly proportional to the engine speed. The energy drawn by the pump on the engine is often much higher than what is needed, and the engine is in most cases cooled to a temperature too low, thus reducing the efficiency and increasing the air pollution. In particular, the engine temperature rise at startup is delayed. Conversely, when the engine is idling, the pump flow may be insufficient to ensure satisfactory heating of the passenger compartment.
On connaît par ailleurs des procédés visant à maintenir à une valeur de consigne la température du fluide en un point du circuit, par exemple à la sortie du moteur. Il est cependant difficile de choisir cette valeur-de consigne. Elle doit être relativement élevée pour que le moteur fonctionne dans des conditions optimales. Mais une surchauffe risque alors de se produire en cas d'augmentation brusque de la charge du moteur, pouvant entraîner un auto-allumage (allumage du mélange air-carburant en l'absence d'étincelle) qui se traduit par le phénomène bien connu de cliquetis, conduisant à terme à la destruction du moteur, par des pertes de rendement, une augmentation de la pollution, une détériora tion du dispositif d'échappement ou une rupture du joint de culasse. Le but de 1 invention est de remédier aux inconvénients ci- dessus. Processes are also known to maintain a set point temperature fluid at a point in the circuit, for example at the output of the engine. However, it is difficult to choose this setpoint value. It must be relatively high for the engine to operate under optimal conditions. But overheating may then occur in the event of a sudden increase in the engine load, which may lead to self-ignition (ignition of the air-fuel mixture in the absence of spark) which results in the well-known phenomenon of rattling, eventually leading to the destruction of the engine, by yield losses, an increase in pollution, a deterioration of the exhaust system or a rupture of the cylinder head gasket. The object of the invention is to overcome the above disadvantages.
L'invention vise notamment un procédé du genre défini plus haut, et prévoit que la pompe est actionnée électriquement, qu'on détecte la charge subie par le moteur thermique et la température Ts du fluide à la sortie de celui-ci et qu'on règle l'efficacité. du refroidissement, au moyen de la pompe et du groupe moto-ventilateur, de manière à appliquer à ladite température de sortie TS une valeur de consigne qui varie en fonction inverse de la charge du moteur. The invention relates in particular to a method of the kind defined above, and provides that the pump is electrically actuated, that is detected the load undergone by the heat engine and the temperature Ts of the fluid at the outlet thereof and that regulates efficiency. cooling, by means of the pump and the motor-fan unit, so as to apply to said output temperature TS a set value which varies inversely with the load of the motor.
L'entraînement électrique réglable de la pompe permet de faire varier le débit de celle-ci en fonction des besoins, indépendamment de la vitesse du moteur. La variation de la température de consigne en fonction de la charge du moteur permet d'adopter une température élevée assurant des condi tions de fonctionnement optimales du moteur lorsque la charge de celui-ci est peu élevée, et de conserver une marge sécurité pour la température lorsque la charge est plus forte. The adjustable electric drive of the pump allows to vary the flow of the pump according to the needs, regardless of the speed of the motor. The variation of the set temperature as a function of the engine load makes it possible to adopt a high temperature ensuring optimal operating conditions of the engine when the load thereof is low, and to maintain a safety margin for the temperature. when the load is stronger.
Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le réglage de l'efficacité du refroidissement utilise en outre une vanne commandée qui permet de faire passer dans le radiateur fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe - Lorsque la température de sortie Ts doit être maintenue à une valeur de consigne correspondant à un niveau donné charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventila teur à une vitesse convenablement réglée, seulement si ladite fraction réglable est établie au-dessus d'un seuil prédéter miné. Optional features of the invention, additional or alternative, are set out below: - The adjustment of the cooling efficiency also uses a controlled valve which makes it possible to pass in the adjustable fraction radiator the flow rate of fluid produced by the pump - When the outlet temperature Ts is to be maintained at a set point corresponding to a given engine load level, the motor-fan unit is operated at a suitably adjusted speed, only if the adjustable fraction is set to above a predefined threshold.
- On détecte en outre la température Te du fluide à l'entrée du moteur et on commande la pompe, lorsque la température de sortie TS doit être maintenue à une valeur de consigne correspondant à un niveau donné de charge du moteur, de manière que la différence T.-T. soit peu inférieure à une valeur maximale prédéterminée. The temperature Te of the fluid at the inlet of the motor is furthermore detected and the pump is controlled when the outlet temperature TS must be maintained at a reference value corresponding to a given level of engine load, so that the difference T.-T. is not much lower than a predetermined maximum value.
- On applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie progressivement en fonction de la charge du moteur. - A set value is applied to the outlet temperature Ts which varies progressively according to the load of the motor.
- On applique à la température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie par paliers en fonction de la charge du moteur. A set value is applied at the outlet temperature Ts which varies in stages according to the load of the motor.
- Ladite valeur de consigne présente deux paliers correspon dant à des niveaux de charge respectivement supérieur et inférieur à un niveau prédéterminé. Said setpoint has two levels corresponding to load levels respectively greater than and less than a predetermined level.
- Ledit niveau prédéterminé correspond aux trois quarts environ de la pleine charge. - Said predetermined level is about three quarters of the full load.
- Les paliers inférieur et supérieur sont situés respective ment à 90 et 110 C environ. - The lower and upper bearings are located respectively at 90 and 110 C approximately.
- On fait fonctionner la pompe à son débit maximal tant que la température de sortie TS est supérieure à la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur. - Lorsque la température de sortie T$ est supérieure la valeur de consigne par suite d'une augmentation de la charge du moteur, on fait fonctionner le groupe moto-ventilateur à sa vitesse maximale pendant une durée initiale prédéterminée, puis à une vitesse convenablement réglée. - The pump is operated at its maximum flow rate as long as the output temperature TS is higher than the setpoint due to an increase in the motor load. - When the outlet temperature T $ is higher than the set value due to an increase in the motor load, the motor-fan unit is operated at its maximum speed for a predetermined initial period, then at a suitably adjusted speed. .
- Ladite vitesse convenablement réglée du groupe moto- ventilateur est définie en fonction de la vitesse du véhicule et du débit de fluide dans le radiateur, lui-même déterminé par l'état de la vanne commandée et par le régime la pompe. - On fait fonctionner la pompe à son débit minimal tant que la température de sortie Ts est inférieure à la valeur consigne suite d'une diminution de la charge du moteur - On maintient le groupe moto-ventilateur à l'arrêt tant que la température de sortie Ts est inférieure à la valeur consigne suite d'une diminution de la charge du moteur - Lorsque moteur tourne au ralenti, on limite la vitesse du groupe moto-ventilateur à une valeur prédéterminée évitant les nuisances sonores, indépendamment de la température de sortie Ts. Said suitably set speed of the fan motor unit is defined according to the speed of the vehicle and the flow rate of fluid in the radiator, itself determined by the state of the valve controlled and the speed of the pump. - The pump is operated at its minimum flow rate as long as the outlet temperature Ts is lower than the setpoint following a decrease in the motor load. - The motor-fan unit is stopped as long as the temperature of the motor output Ts is lower than the setpoint following a reduction of the motor load - When the engine is idling, the speed of the motor-fan unit is limited to a predetermined value, avoiding noise, regardless of the outlet temperature Ts .
- On détecte la charge du moteur en utilisant au moins une variable, préférence filtrée pour éliminer les phénomènes transitoires, choisie parmi la position de la pédale ou du papillon accélérateur, le débit de carburant alimentant le moteur, la durée d'injection de carburant, la dépression à l'admission L'invention a également pour objet un dispositif de refroi dissement moteur thermique d'entraînement d'un véhicule automobile propre à la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant un circuit de fluide caloporteur passant par le moteur et contenant une pompe de circulation actionnée électriquement et un radiateur de refroidissement balayé par un flux d'air produit par un groupe moto-ventila teur, ainsi que des moyens pour détecter la charge subie le moteur thermique et la température Ts du fluide à la sortie de celui-ci, et des moyens pour commander le débit de pompe et la vitesse du groupe moto-ventilateur de manière à appliquer à ladite température de sortie Ts une valeur de consigne qui varie en fonction inverse de la charge du moteur. The load of the engine is detected by using at least one variable, preferably filtered to eliminate the transient phenomena, chosen from the position of the accelerator pedal or throttle, the fuel flow supplying the engine, the fuel injection duration, The invention also relates to a thermal motor cooling device for driving a motor vehicle suitable for implementing the method as defined above, comprising a heat transfer fluid circuit passing through. by the motor and containing an electrically actuated circulation pump and a cooling radiator swept by a flow of air produced by a motor-fan unit, and means for detecting the load undergone by the heat engine and the temperature Ts of the fluid at the outlet thereof, and means for controlling the pump flow and the speed of the motor-fan unit so as to applying to said output temperature Ts a setpoint which varies inversely with the load of the motor.
Selon les besoins du procédé, le dispositif de l'invention peut comprendre en outre une vanne commandée sur laquelle agissent également les moyens de commande et qui permet de faire passer dans le radiateur une fraction réglable du débit de fluide produit par la pompe, et/ou des moyens pour détecter la température Te du fluide à l'entrée du moteur. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant au dessin annexé, qui représente un schéma fonction nel d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. Le dispositif illustré est destiné au refroidissement du moteur thermique 1 d'entraînement d'un véhicule automobile, et comprend un circuit de fluide caloporteur passant le moteur 1. Le fluide caloporteur sort du moteur par une conduite 2, sa température de sortie etant mesurée par un capteur 3. Une vanne à trois voies 4 permet de répartir le fluide provenant de la conduite 2 entre une conduite 5 contenant un radiateur de refroidissement 6 et une conduite de dérivation 7 qui rejoint la conduite 5, en aval du radiateur 6, en un point de jonction A. De là, une conduite 8 ramène le fluide au moteur 1, en passant par une pompe de circulation 9 et par un capteur 10 destiné à mesurer la température du fluide entrant dans le moteur. Une conduite de chauffage 11, contenant un radiateur 12 destiné au chauffage de l'habitacle du véhicule, va de la conduite 2 au point de jonction A. According to the needs of the method, the device of the invention may further comprise a controlled valve on which the control means also act and which makes it possible to pass in the radiator an adjustable fraction of the fluid flow rate produced by the pump, and or means for detecting the temperature Te of the fluid at the engine inlet. The features and advantages of the invention will be described in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawing, which shows a functional diagram nel of a cooling device according to the invention. The device illustrated is intended for cooling the heat engine 1 for driving a motor vehicle, and comprises a coolant circuit passing the engine 1. The coolant exits the engine through a pipe 2, its outlet temperature being measured by a sensor 3. A three-way valve 4 distributes the fluid coming from the pipe 2 between a pipe 5 containing a cooling radiator 6 and a bypass pipe 7 which joins the pipe 5, downstream of the radiator 6, into a pipe junction point A. From there, a pipe 8 returns the fluid to the engine 1, through a circulation pump 9 and a sensor 10 for measuring the temperature of the fluid entering the engine. A heating pipe 11, containing a radiator 12 for heating the passenger compartment of the vehicle, goes from the pipe 2 to the junction point A.
Des moyens de commande 13 tels qu'un calculateur agissent sur la vanne 4 et sur un groupe moto-ventilateur 14 pour faire varier en fonction des besoins l'efficacité du refroidisse ment du moteur. À cet effet, la vanne 4 est réglable de manière progressive entre une position dans laquelle la totalité du débit de fluide provenant la conduite 2 passe dans la conduite 5 et une position dans laquelle la totalité de ce débit passe dans la conduite 7, et le groupe moto- ventilateur 14 tourne à une vitesse réglable, faisant ainsi varier le débit d'un flux d'air de refroidissement traversant le radiateur 6. Control means 13 such as a computer act on the valve 4 and on a motor-fan unit 14 to vary the cooling efficiency of the engine as needed. For this purpose, the valve 4 is progressively adjustable between a position in which the entire flow of fluid from the pipe 2 passes into the pipe 5 and a position in which all of this flow passes in the pipe 7, and the fan motor unit 14 rotates at an adjustable speed, thus varying the flow rate of a cooling air flow passing through the radiator 6.
Selon l'invention, la pompe 9 est entraînée électriquement, à une vitesse qui est également définie par les moyens de commande 13. Selon l'invention, en outre, ces mêmes moyens de commande reçoivent des signaux issus des capteurs 3 10 de la température du fluide à la sortie et à l'entrée du moteur, ainsi que d'un capteur 15 de la charge du moteur 1. According to the invention, the pump 9 is electrically driven, at a speed which is also defined by the control means 13. According to the invention, in addition, these same control means receive signals from the temperature sensors 3 10 fluid at the outlet and at the inlet of the engine, as well as a sensor 15 of the load of the engine 1.
On décrira maintenant un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide du dispositif illustré. Dans cet exemple, on fixe une consigne de 110 C pour la température Ts du fluide caloporteur sortant du moteur, telle que déterminée par le capteur 3, lorsque la charge du moteur ne dépasse pas les 3/4 de la pleine charge, et de 90 C dans le cas contraire. An example embodiment of the method according to the invention will now be described using the device illustrated. In this example, a set point of 110 C is set for the temperature Ts of the coolant leaving the engine, as determined by the sensor 3, when the engine load does not exceed 3/4 of the full load, and 90 C otherwise.
Lorsque la température Ts est égale à 110 C et doit être maintenue à cette valeur, la pompe 9 est commandée manière à maintenir l'écart AT = Ts - Te légèrement au-dessous de la valeur OTmax indiquée par le constructeur, par exemple entre OTmax - 5 C et ATmaX - 10<B>OC.</B> La vanne 4 est commandée de manière maintenir la valeur de consigne Ts = 110 C. Le groupe moto-ventilateur 14 est commandé de la manière suivante. Si la vanne 4 est réglée de manière à envoyer dans la conduite de dérivation 7 une fraction notable du débit qu'elle reçoit par la conduite 2, par exemple au moins un quart de ce débit, le groupe moto-ventilateur est arrêté de manière à éviter la consommation d'énergie et les nuisances sonores liées à son fonctionnement. Si au contraire au moins 75 $ du débit de fluide passe dans le radiateur 6, on fait tourner le groupe moto-ventilateur de manière à assurer un refroidissement efficace de ce fluide. À cet effet, la vitesse du groupe moto-ventilateur est réglée en fonction inverse de la vitesse du véhicule et en fonction croissante du débit de fluide dans le radiateur, lui-même défini par la vitesse de la pompe 9 et par la position de la vanne 4. On garde ainsi dans le radiateur 6 une réserve de fluide caloporteur à une température relativement basse, permettant lorsque c'est nécessaire de ramener rapidement la température Ts de 110 à 90 C. Lorsqu'on veut précisément ramener la température Ts de 110 à 90 C par suite d'une augmentation de la charge du moteur, on règle la vanne 4 de manière à envoyer dans le radiateur 6 la totalité du débit de fluide qu'elle reçoit. Pour assurer un abaissement initial rapide de la température Ts , on fait tourner le groupe moto-ventilateur à sa vitesse maximale pendant une durée prédéterminée, par exemple 10 secondes, après quoi sa vitesse est réglée selon les mêmes paramètre que lors du maintien de Ts à 110 C. When the temperature Ts is equal to 110 C and must be maintained at this value, the pump 9 is controlled so as to maintain the difference AT = Ts - Te slightly below the value OTmax indicated by the manufacturer, for example between OTmax - 5 C and ATmaX - 10 <B> OC. </ B> The valve 4 is controlled so as to maintain the set value Ts = 110 C. The motor-fan unit 14 is controlled in the following manner. If the valve 4 is set so as to send in the bypass line 7 a significant fraction of the flow rate that it receives through the pipe 2, for example at least a quarter of this flow, the motor-fan unit is stopped so as to avoid energy consumption and noise nuisance related to its operation. If, on the other hand, at least 75% of the flow of fluid passes through the radiator 6, the motor-fan unit is rotated so as to ensure efficient cooling of this fluid. For this purpose, the speed of the motor-fan unit is set inversely to the speed of the vehicle and according to the increasing flow rate of the fluid in the radiator, itself defined by the speed of the pump 9 and the position of the valve 4. It thus keeps in the radiator 6 a heat transfer fluid reserve at a relatively low temperature, allowing when necessary to quickly bring the temperature Ts from 110 to 90 C. When it is precisely desired to reduce the temperature Ts by 110 at 90 ° C as a result of an increase in the load of the engine, the valve 4 is adjusted so as to send in the radiator 6 the entire flow of fluid that it receives. To ensure a rapid initial lowering of the temperature Ts, the motor-fan unit is rotated at its maximum speed for a predetermined duration, for example 10 seconds, after which its speed is adjusted according to the same parameters as when maintaining Ts to 110 C.
Lorsque, pour une faible charge du moteur, la température a atteint la valeur de consigne de 90 C et doit y être maintenue, la pompe 9, la vanne 4 et le groupe moto-ventila- teur 14 sont commandés de la manière décrite ci-dessus pour le maintien de Tg à 110 C. When, for a low engine load, the temperature has reached the set point of 90 ° C and must be maintained therein, the pump 9, the valve 4 and the fan motor unit 14 are controlled as described above. above for the maintenance of Tg at 110 C.
Enfin, lorsque TS doit être élevée de 90 à 110 C, par suite d'un abaissement de la charge du moteur, on règle la vanne 4 de manière à envoyer la totalité du fluide dans la conduite de dérivation 7. On arrête le groupe moto-ventilateur, l' contenue dans le radiateur étant déjà à une température inférieure à 90 C et n'étant pas renouvelée. La pompe fonctionne à son débit minimal, de manière à obtenir un AT le plus proche possible de la valeur maximale. Finally, when TS has to be raised from 90 to 110 C, as a result of a lowering of the engine load, the valve 4 is adjusted so as to send all the fluid into the bypass line 7. The motorcycle unit is stopped. -ventilateur, the content in the radiator being already at a temperature below 90 C and not being renewed. The pump operates at its minimum flow, so as to obtain an AT as close as possible to the maximum value.
La commande de la pompe et du groupe moto-ventilateur en fonction notamment des températures Ts et Te peut se faire à l'aide de toute fonction mathématique connue. The control of the pump and the motor-fan unit in particular according to the temperatures Ts and Te can be done using any known mathematical function.
Comme indiqué plus haut, le nombre de paliers prévus pour la valeur de consigne de la température Ts peut être différent de deux. En particulier, on peut prévoir un ou plusieurs paliers intermédiaires entre 90 et 110 C, chaque palier correspondant à un intervalle de niveau de charge du moteur.As indicated above, the number of steps provided for the set point of the temperature Ts may be different from two. In particular, one or more intermediate stages can be provided between 90 and 110 C, each step corresponding to a load level interval of the motor.
La commande de la pompe 9 telle que décrite ci-dessus peut le cas échéant être aménagée pour permettre l'alimentation du radiateur de chauffage 12 de manière à répondre adéquatement une demande de chauffage de l'habitacle. The control of the pump 9 as described above may optionally be arranged to allow the supply of the heating radiator 12 so as to adequately meet a heating demand of the passenger compartment.
Avantageusement, le procédé selon l'invention prévoit que les moyens de commande 13 limitent la vitesse de rotation du groupe moto-ventilateur 14, lorsque le véhicule est au ralenti, à une valeur choisie pour réduire les nuisances sonores, cette valeur étant fonction des caractéristiques du groupe moto-ventilateur et de l'architecture du circuit d'air dont il fait partie. Advantageously, the method according to the invention provides that the control means 13 limit the speed of rotation of the motor-fan unit 14, when the vehicle is idling, to a value chosen to reduce noise, this value being a function of the characteristics the motor-fan unit and the architecture of the air circuit of which it is part.
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