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FR3082786A1 - Procede de controle d’un circuit de fluide refrigerant pour vehicule - Google Patents

Procede de controle d’un circuit de fluide refrigerant pour vehicule Download PDF

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FR3082786A1
FR3082786A1 FR1855700A FR1855700A FR3082786A1 FR 3082786 A1 FR3082786 A1 FR 3082786A1 FR 1855700 A FR1855700 A FR 1855700A FR 1855700 A FR1855700 A FR 1855700A FR 3082786 A1 FR3082786 A1 FR 3082786A1
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Bertrand NICOLAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L'invention concerne un procédé (2) de contrôle d'un circuit (1) de fluide réfrigérant (FR) pour véhicule comprenant un dispositif de compression (8), un premier échangeur thermique (16) agencé pour être traversé par un flux d'air extérieur (FE), un deuxième échangeur thermique (21) agencé pour être traversé par un flux d'air intérieur (FA), un organe de détente (20) à section variable, un dispositif d'accumulation (25), le procédé (2) de contrôle comprenant une étape (E3) de contrôle du degré d'ouverture (D) de l'organe de détente (20), le degré d'ouverture (D) contrôle un sous-refroidissement (Tsbc) de consigne calculé grâce à une température de condensation (Tc), à une température (Te) et à un coefficient (A), selon une formule (F) [Tsbc = A x (Tc - Te)], où le coefficient (A) est fonction d'un facteur alpha compris entre 0.68 et 1. Application aux véhicules automobiles.

Description

Le domaine de la présente invention est celui des circuits de fluide réfrigérant et des systèmes de traitement thermique incluant de tels circuits de fluide réfrigérant, notamment pour véhicule automobile. Les véhicules automobiles sont couramment équipés de circuits de fluide réfrigérant utilisés pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser un circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Un circuit de fluide réfrigérant est connu pour inclure un couple d’échangeurs thermiques destinés à réaliser un cycle thermodynamique en vue de fournir une énergie capable de refroidir l’habitacle du véhicule, que ce soit pendant l’utilisation du véhicule en phases de roulage, ou à l’arrêt du véhicule. Ce couple d’échangeurs thermiques comporte ainsi un échangeur thermique apte à fonctionner en évaporateur et un autre échangeur thermique apte à fonctionner en condenseur. Afin de refroidir l'habitacle grâce à un flux d’air intérieur refroidi, l’échangeur thermique apte à fonctionner en évaporateur est traversé par ce flux d’air intérieur qu’il traite thermiquement. De façon connue, cet évaporateur est une partie d’une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation équipant le véhicule.
Le problème technique réside dans la capacité à refroidir l’habitacle de façon optimale, tout en limitant la consommation du circuit de fluide réfrigérant capable de remplir cette fonction.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et propose une solution technique qui concoure à réguler le cycle thermodynamique ayant lieu au sein du circuit de fluide réfrigérant tout en garantissant le refroidissement du flux d’air intérieur de façon adéquate, c’est à dire en amenant ce flux d’air intérieur à une température telle qu’elle est attendue dans l’habitacle du véhicule. Cette solution technique est appliquée au moyen d’un circuit de fluide réfrigérant astucieusement conçu pour réguler l’état du fluide réfrigérant, en fonction des paramètres de température et de pression relevés dans ledit circuit et notamment par l’obtention d’une température de sous-refroidissement optimal du fluide réfrigérant.
L'invention a donc pour objet un procédé de contrôle d’un circuit de fluide réfrigérant pour véhicule, le circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur thermique agencé pour être traversé par un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente à section variable disposé entre le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique, un dispositif d’accumulation disposé entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression, le procédé de contrôle comprenant au moins une étape de contrôle du degré d’ouverture de l’organe de détente, caractérisé en ce que le degré d’ouverture contrôle un sous-refroidissement « Tsbc » de consigne du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique, le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne étant calculé grâce à au moins une température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique, à une température « Te » du flux d’air extérieur et à un coefficient « A », selon une formule définie telle que [Tsbc = A x (Te - Te)], où le coefficient « A » est fonction d’un facteur alpha compris entre 0.68 et i.
Le sous-refroidissement « Tsbc » est une température du fluide réfrigérant. Le sous-refroidissement d’un liquide sous-refroidi à la température et pression (T, P) est l’écart de température entre « Te » et « T ». La température de condensation « Te » est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression considérée mesurée ou estimée en sortie du premier échangeur thermique. « T » est la température mesurée du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique.
Le circuit de fluide réfrigérant est un circuit fermé qui met en œuvre un cycle thermodynamique.
Le dispositif de compression du fluide réfrigérant, que comprend le circuit de fluide réfrigérant, permet de comprimer le fluide réfrigérant. Le dispositif de compression est par exemple un compresseur, et l’invention trouve une application toute particulière lorsque le compresseur est un compresseur électrique à cylindrée fixe et à vitesse variable. Il est ainsi possible de contrôler la puissance thermique du circuit selon l’invention.
Le fluide réfrigérant est par exemple un fluide sous-critique, tel que celui connu sous la référence R134A ou 1234YF.
Le premier échangeur thermique peut être installé en face avant du véhicule. Ce premier échangeur thermique peut ainsi être utilisé comme condenseur. Il peut également être utilisé comme évaporateur lorsqu’un autre échangeur thermique est utilisé en condenseur dans le circuit de fluide réfrigérant.
Le dispositif d’accumulation permet d’accumuler la masse circulante de fluide réfrigérant. Le premier échangeur thermique est, de ce fait, dépourvu de bouteille.
Le deuxième échangeur thermique est apte à fonctionner en évaporateur. Lors de la mise en œuvre du deuxième échangeur thermique en évaporateur, un flux d’air est refroidi par son passage au travers du premier échangeur thermique. Le flux d’air ainsi modifié thermiquement est ensuite distribué dans l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur thermique peut être compris dans une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation. Dans un exemple de mise en œuvre, le deuxième échangeur thermique utilisé en évaporateur est couplé au premier échangeur thermique utilisé en condenseur.
L’organe de détente dispose d’une section variable destinée à être empruntée par le fluide réfrigérant. Cette section est variable en ce sens que l’organe de détente dispose d’une ouverture variable. Ainsi, l’organe de détente peut être intégralement ouvert ou intégralement fermé, mais également être partiellement ouvert selon différents degrés d’ouverture. L’organe de détente est donc configuré pour pouvoir générer des détentes différentes.
Lorsque l’organe de détente est totalement ouvert, c’est-à-dire qu’il a un degré d’ouverture de ioo%, l’organe de détente ne fait subir aucune détente au fluide réfrigérant. Lorsque l’organe de détente est totalement fermé, c’est-à-dire qu’il a un degré d’ouverture de o%, l’organe de détente n’est pas traversé par le fluide réfrigérant. Entre ces deux situations, l’ouverture est partielle et le degré d’ouverture compris entre 1% et 99%. C’est ce degré d’ouverture qui est adapté lors du procédé selon l’invention.
Le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne pour le procédé de contrôle selon l’invention correspond à la température calculée selon la formule [Tsbc = Ax (Te - Te)]. Le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne est un sousrefroidissement « Tsbc » calculé pour être optimal. C’est le sous-refroidissement optimal que le fluide réfrigérant doit atteindre pour que le cycle thermodynamique soit optimisé dans ses performances énergétiques. Sa valeur varie en fonction des données de température émanant du circuit, ces données de température pouvant varier.
La température « Te » du flux d’air extérieur est la température du flux d’air destiné à traverser le premier échangeur thermique. Cette température est par exemple mesurée en amont du premier échangeur thermique.
La température de condensation « Te » est la température de saturation du fluide réfrigérant à la pression considérée mesurée ou estimée en sortie du condenseur. La pression peut être mesurée par Tutilisation d’un capteur de pression en sortie du premier échangeur thermique. La pression peut être également estimée à partir de la mesure de la pression en sortie du dispositif de compression.
L’étape de contrôle implique : l’intégration des données de température, c’est-à-dire de la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant à la pression mesurée ou estimée en sortie du premier échangeur thermique et la température « Te » du flux d’air extérieur ; l’application de la formule afin de calculer le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne en sortie du premier échangeur thermique ; la corrélation entre ce sous-refroidissement « Tsbc » de consigne et le degré d’ouverture de la section interne à l’organe de détente à avoir ; la transmission d’une instruction liée au degré d’ouverture de la section interne à l’organe de détente ; l’adaptation du degré d’ouverture de la section de l’organe de détente.
Suite à cette étape de contrôle, le fluide réfrigérant circulant dans le circuit de fluide réfrigérant est amené à changer d’état dès lors que le degré d’ouverture de la section de l’organe de détente a été modifié. Ce changement d’état, consécutif à la modification de la détente opérée par l’organe de détente, influe tant sur la pression du fluide réfrigérant que sur sa température, ces caractéristiques étant interdépendantes.
Lorsque le fluide réfrigérant circule dans le circuit de fluide réfrigérant, la pression de ce fluide réfrigérant en amont de l’organe de détente est d’autant plus importante que la section de l’organe de détente est fermée. La détente est ainsi ajustée de manière à ce que le fluide réfrigérant atteigne le sous-refroidissement souhaité. Le procédé selon l’invention permet d’adapter la pression du fluide réfrigérant dans le circuit de fluide réfrigérant grâce à l’organe de détente afin d’atteindre le sous-refroidissement optimal en rapport avec les besoins thermiques et énergétiques du véhicules. L’optimisation du sous-refroidissement permet par ailleurs une optimisation du dispositif de compression de sorte à abaisser la charge du dispositif de compression à un niveau minimal. Cette charge minimale permet aussi de dispenser dans l’habitacle un flux d’air intérieur amené à la plus juste température.
Selon un aspect de l’invention, l’étape de contrôle est précédée d’au moins une étape de collecte de données, les données collectées lors de l’étape de collecte étant au moins une valeur de haute pression « HP » permettant le calcul de la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique, une température « Tscdr » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur et la température « Te » du flux d’air extérieur en entrée du premier échangeur thermique. L’étape de collecte des données permet de collecter les données de température extraites à partir des fluides du circuit, autrement dit du fluide réfrigérant et du flux d’air intérieur, c’est-à-dire la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique et la température « Te » du flux d’air extérieur. Par extraire on entend que les données de température sont mesurées ou estimées au préalable à l’étape de collecte. On mesure aussi la température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur.
Le sous refroidissement mesuré est alors une valeur égale à [Te -Tscdr].
Dans ce qui suit, on mesure ou estime la température « Te » du flux d’air extérieur, la température de condensation « Te » et on mesure la température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur thermique fonctionnant en condenseur en mode refroidissement.
L’étape de collecte des données influe sur l’étape de contrôle, dès lors que degré d’ouverture de la section de l’organe de détente est adapté selon la fluctuation des données observées. L’étape de contrôle intervient dans le contexte d’un ajustement des besoins du circuit de fluide réfrigérant, reflet des puissances de refroidissement nécessaires à la fois pour le premier échangeur thermique et pour le deuxième échangeur thermique.
Selon un aspect de l’invention, une pression du fluide réfrigérant est mesurée afin d’estimer la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique. La pression est mesurée par un capteur de pression disposé au contact du fluide. Ce capteur peut être disposé en sortie du premier échangeur thermique ou le capteur peut être disposé en sortie du compresseur, dans ce cas la pression est estimée. La température de condensation «Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique est obtenue par un calcul en appliquant la loi de saturation du fluide réfrigérant. Son estimation est calculée à partir de la pression du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique. Ce calcul est par exemple réalisé au niveau du capteur de pression. Ce capteur de pression est positionné en toute portion du circuit exposée à la haute pression. Par exemple, le capteur de pression est disposé entre le dispositif de compression et l’organe de détente. Ce capteur de pression peut également effectuer la mesure de la pression dans le dispositif de compression qui génère la haute pression.
Selon un aspect de l’invention, la température « Te » du flux d’air extérieur est mesurée par un dispositif de mesure de température disposé en face avant de véhicule. De façon particulière, le dispositif de mesure est positionné en amont du premier échangeur thermique du point de vue du flux d’air extérieur.
Selon un aspect de l’invention, l’organe de détente est placé sous la dépendance d’un module de commande électronique. L’organe de détente est piloté électroniquement par le module de commande électronique. Le module de commande électronique est distinct de l’organe de détente. Alternativement, le module de commande électronique est intégré à l’organe de détente.
Selon un aspect de l’invention, un module de commande électronique met en œuvre l’étape de collecte des données ainsi que l’étape de contrôle de l’organe de détente en fonction des données. Ainsi, le module de commande électronique est relié électroniquement au capteur de température et/ou au capteur de pression, au dispositif de mesure de température, ainsi qu’à l’organe de détente. Il leur donne des consignes de prise de mesure et éventuellement de calcul pour la collecte des données relatives aux températures.
Le module de commande électronique reçoit les données en provenance du capteur de température et/ou du capteur de pression et du dispositif de mesure de température.
Le module de commande dispose d’un calculateur apte à intégrer les données de température. Ce calculateur est également apte à appliquer la formule [Tsbc = A x (Te - Te)] afin de calculer le sous refroidissement « Tsbc » de consigne qui est à atteindre en sortie du premier échangeur thermique.
Pour choisir le degré d’ouverture approprié de l’organe de détente, le module de commande électronique met en œuvre un algorithme de variation de l’ouverture de l’organe de détente. Ce dernier est fonction de l’écart entre le sousrefroidissement de consigne et le sous-refroidissement calculé à partir des mesures de haut pression « HP » et de la température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur thermique fonctionnant en condenseur. Le module de commande transmet en conséquence à l’organe de détente l’instruction liée au degré d’ouverture de l’organe de détente à appliquer.
Selon un aspect de l’invention, le premier échangeur thermique est utilisé comme condenseur tandis que le deuxième échangeur thermique est utilisé en tant qu’évaporateur. Le deuxième échangeur thermique est alors destiné à refroidir le flux d’air intérieur le traversant afin de climatiser par exemple l’habitacle du véhicule. La chaleur émise par le circuit est quant à elle dispersée par le flux d’air extérieur au véhicule grâce au premier échangeur, par exemple en face avant du véhicule.
Selon un aspect de l’invention, le coefficient « A » est fonction du facteur alpha, d’une constante « B », de la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique et de la température « Te » du flux d’air extérieur et répond à une équation définie telle que [A = alpha x (Te Te) b].
Dans un exemple de réalisation, le facteur alpha est compris entre 0.8 et i. Dans un exemple particulier, le facteur alpha est égal à 0.9756.
Dans un exemple de réalisation, la constante « B » est égale à 0.937.
Selon un aspect alternatif de l’invention, le coefficient est fonction du facteur alpha, d’une valeur « D », de la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur thermique, de la température « Te » du flux d’air extérieur et d’un facteur beta et répond à une expression définie telle que [A = alpha + beta x (Te - Te)D].
Dans un exemple de réalisation, le facteur alpha est compris entre 0.68 et 0.72. Dans un exemple particulier, le facteur alpha est égal à 0.7.
Dans un exemple de réalisation, le facteur beta est compris entre 0.1 et 0.12. Dans un exemple particulier, le facteur beta est égal à 0.1.
Dans un exemple de réalisation, la valeur « D » est égale à -0.07.
L’invention concerne également un circuit de fluide réfrigérant comprenant au moins un dispositif de compression du fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur thermique agencé pour être traversé par un flux d’air intérieur envoyé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente à section variable disposé entre le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique, un dispositif d’accumulation disposé entre le deuxième échangeur thermique et le dispositif de compression, et où le circuit est configuré pour mettre en œuvre le procédé tel que précédemment décrit précédentes.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure i est une vue schématique d’un circuit de fluide réfrigérant auquel est appliqué un procédé selon l’invention,
- la figure 2 illustre de manière schématique le circuit de fluide réfrigérant montré à la figure i, exploité selon un mode de fonctionnement consistant à refroidir un habitacle de véhicule,
- la figure 3 est un logigramme décrivant une mise en œuvre du procédé selon l’invention.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Ces figures sont des représentations schématiques qui illustrent comment est réalisé un circuit de fluide réfrigérant auquel est appliqué un procédé selon l’invention, ce qui le compose et comment un fluide réfrigérant circule en son sein. En particulier, le circuit de fluide réfrigérant auquel est appliqué un procédé selon l’invention comprend principalement un dispositif de compression du fluide réfrigérant, un premier échangeur thermique, un deuxième échangeur thermique, un organe de détente à section variable, un dispositif d’accumulation.
Les termes amont et aval employés dans la description qui suit se réfèrent au sens de circulation du fluide considéré. Afin de différencier les composants, les termes « premier », « deuxième », ... sont employés. Ces termes n’ont pas vocation à hiérarchiser les composants ou à les ordonner. Ces termes sont employés à titre de distinction et peuvent être intervertis sans nuire à la mise en œuvre de l’invention.
ίο
Pour la figure 2, les différents composants du circuit de fluide réfrigérant sont explicités selon un sens de circulation du fluide réfrigérant. Dans le circuit de fluide réfrigérant, des traits symbolisant des conduites reliant les composants sont pleins lorsqu’ils illustrent une portion de circuit où le fluide à considérer circule, tandis que des traits pointillés montrent une absence de circulation dudit fluide. Les composants inopérants du point de vue du fluide réfrigérant sont également signifiés en pointillés.
Dans le circuit de fluide réfrigérant représenté dans la figure 2, le fluide réfrigérant est symbolisé par une flèche longue qui illustre un sens de circulation de ce dernier dans la conduite considérée. Des traits épais et une flèche pleine sont utilisés pour symboliser un fluide réfrigérant en état de haute pression et de haute température. Des traits fins et une flèche évidée correspondent à un fluide en état de basse pression et de basse température.
En se référant tout d’abord à la figure i, on voit un circuit i de fluide réfrigérant. Ce circuit i de fluide réfrigérant est apte à fonctionner dans un mode permettant de ventiler, de chauffer et/ou de climatiser un habitacle d’un véhicule.
Le circuit i de fluide réfrigérant auquel est appliqué un procédé 2 selon l’invention est un circuit fermé qui comprend un réseau de conduites 3, 4, 5 reliant les composants du circuit 1 de fluide réfrigérant. Le réseau de conduites 3, 4, 5 est constitué de telle sorte à ce que certains composants soient disposés en série et d’autres en parallèle. Le réseau de conduites 3, 4, 5 comporte ainsi une conduite principale 3, une première branche 4 et une deuxième branche 5.
La conduite principale 3 s’étend entre un premier point de raccordement 6 et un deuxième point de raccordement 7. La première branche 4 s’étend entre le deuxième point de raccordement 7 et le premier point de raccordement 6. Les composants de la première branche 4 sont en série par rapport aux composants de la conduite principale 3 et en parallèle de ceux de la deuxième branche 5. La deuxième branche 5 s’étend entre le deuxième point de raccordement 7 et le premier point de raccordement 6. Les composants de la deuxième branche 5 sont en série par rapport aux composants de la conduite principale 3 et en parallèle de ceux de la première branche 4.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant comprend, dans la conduite principale 3, un dispositif de compression 8 du fluide réfrigérant. On notera que le dispositif de compression 8 peut prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire d’un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et une unité de contrôle et de conversion électrique. Le mécanisme de compression du dispositif de compression 8 est mis en rotation par le moteur électrique, ce dernier pouvant être logé à l’intérieur d’un boîtier du compresseur commun au mécanisme de compression.
Dans un exemple particulier, le dispositif de compression 8 du fluide réfrigérant comporte une entrée 9 et une sortie 10. La sortie 10 du dispositif de compression 8 est reliée à un échangeur de chaleur 11. Cet échangeur de chaleur 11 est par exemple un condenseur disposé dans un boîtier 12 d’une installation 13 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation du véhicule dont il fait partie.
Au sein de la conduite principale 3 et entre le dispositif de compression 8 et l’échangeur de chaleur 11, un capteur de pression 14 est positionné. Ce capteur de pression 14 est configuré pour entrer en contact avec le fluide réfrigérant sortant du dispositif de compression 8.
Un dispositif de détente 15 est positionné en aval de l’échangeur de chaleur 11 sur le circuit 1 de fluide réfrigérant. Entre le dispositif de détente 15 et le deuxième point de raccordement 7, le circuit 1 de fluide réfrigérant comporte un premier échangeur thermique 16. Le premier échangeur thermique 16 est disposé en face avant du véhicule. Le premier échangeur thermique 16 est associé à un capteur de température 17 dédié à la mesure d’une température du fluide réfrigérant. Ce capteur de température 17 est configuré pour entrer en contact avec le fluide réfrigérant sortant du premier échangeur thermique 16. Un dispositif de mesure de température 18, dédié à la mesure de la température d’un flux d’air extérieur au véhicule, est également positionné en face avant du véhicule, en amont du premier échangeur de chaleur 11 du point de vue du flux d’air extérieur.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant comprend, dans la première branche 4, un clapet anti-retour 19 disposé entre le deuxième point de raccordement 7 et un organe de détente 20. L’organe de détente 20 est à section variable.
La première branche 4 comprend par ailleurs, entre l’organe de détente 20 et le premier point de raccordement 6, un deuxième échangeur thermique 21. Le deuxième échangeur thermique 21 est par exemple un évaporateur disposé dans le boîtier 12 de l’installation 13 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation dont il fait partie. Du point de vue d’un flux d’air intérieur au véhicule amené à traverser l’installation 13 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, le deuxième échangeur thermique 21 est disposé en amont de l’échangeur de chaleur
11. Le boîtier 12 comprend par ailleurs un jeu de volets 22 destinés à orienter le flux d’air intérieur en son sein, le flux d’air intérieur étant mis en circulation dans le boîtier 12 grâce à un dispositif de mise en mouvement 23 du flux d’air intérieur. Le dispositif de mise en mouvement 23 du flux d’air intérieur est par exemple une hélice mise en rotation par un moteur électrique.
Le circuit 1 de fluide réfrigérant comprend, sur la deuxième branche 5, une vanne d’arrêt 24. La vanne d’arrêt 24 est destinée à autoriser ou bloquer la circulation du fluide réfrigérant dans la deuxième branche 5.
Un dispositif d’accumulation 25 est positionné dans la conduite principale 3 entre le premier point de raccordement 6 et l’entrée 9 du dispositif de compression
8.
Un module de commande électronique 26, destiné à mettre en œuvre le procédé 2 selon l’invention, est raccordé à différents composants du circuit 1 de fluide réfrigérant par des câbles électriques 27. Le module de commande électronique 26 est raccordé au capteur de température 17 aval au premier échangeur thermique 16, au capteur de pression 14 aval au dispositif de compression 8, et au dispositif de mesure de température 18 en face avant de véhicule.
Par ailleurs, le module de commande électronique 26 est connecté électriquement au dispositif de mesure de température 18 via un fil électrique 28.
La figure 2 illustre un mode de fonctionnement du circuit 1 de fluide réfrigérant FR permettant le traitement thermique de l’habitacle de véhicule. La mise en œuvre du procédé 2 selon l’invention permet de réguler le cycle thermodynamique de ce circuit i en ajustant la détente du fluide réfrigérant FR, détente effectuée par l’organe de détente 20. Une détente adaptée permet d’atteindre un sous-refroidissement « Tsbc » de consigne, optimal par rapport au contexte de température observé. Le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne est défini par le module de commande électronique 26 à partir des données de température « Te, Te » qu’il reçoit.
Dans la conduite principale 3, une haute pression HP est imposée au fluide réfrigérant FR par le dispositif de compression 8. Cette haute pression HP peut être mesurée au niveau du capteur de pression 14 à la sortie du dispositif de compression 8. Elle pourrait également être mesurée par l’intermédiaire d’un capteur de pression disposé en sortie du premier échangeur thermique 16.
C’est par exemple le module de commande électronique 26 qui envoi au capteur de pression 14 une consigne relative à cette mesure. C’est par le câble électrique 27 raccordant le module de commande électronique 26 au capteur de pression 14 que le module de commande électronique 26 transmet des consignes et réceptionne les données obtenues suite à ces consignes. Dans un autre exemple, la mesure est prise en continu, ou encore à intervalle régulier.
Dans un exemple de réalisation, le capteur de pression 14 est apte à convertir la donnée de pression de fluide réfrigérant FR mesurée en une donnée de température de condensation « Te » du fluide réfrigérant FR avant de transmettre ladite donnée de température « Te » au module de commande électronique 26.
En aval du capteur de pression 14, le fluide réfrigérant FR traverse l’échangeur de chaleur 11. Ce dernier est inopérant, de sorte à ce que le fluide réfrigérant FR ne subisse pas de changement d’état au sein de l’échangeur de chaleur 11. De la même manière, le fluide réfrigérant FR traverse ensuite le dispositif de détente 15 rendu lui aussi inopérant. Le dispositif de détente 15 est en effet totalement ouvert et le fluide réfrigérant FR n’y subit pas de détente.
Le fluide réfrigérant FR, dans la conduite principale 3, entre dans le premier échangeur thermique 16. Le premier échangeur thermique 16 fonctionne, dans ce mode de fonctionnement, en condenseur. Il est simultanément traversé par le flux d’air extérieur FE au véhicule et par le fluide réfrigérant FR à haute pression HP et haute température HT. Le flux d’air extérieur FE disperse les calories du fluide réfrigérant FR.
La température « Te » du flux d’air extérieur FE est mesurée par le dispositif de mesure de température 18 en face avant du véhicule. Le module de commande électronique 26 donne par exemple les consignes relatives à ces mesures. C’est par le câble électrique 27 raccordant le module de commande électronique 26 au dispositif de mesure de température 18 et par le fil électrique 28 connectant électriquement le module de commande électronique 26 au dispositif de mesure de température 18 que le module de commande électronique 26 transmet des consignes et réceptionne les données obtenues suite à ces consignes. Dans un autre exemple, la mesure est prise en continu, ou encore à intervalle régulier.
Dans le mode de fonctionnement décrit à la figure 2, le fluide réfrigérant FR ayant traversé le premier échangeur thermique 16 traverse successivement le deuxième point de raccordement 7 et le clapet anti-retour 19 avant de traverser l’organe de détente 20. Le fluide réfrigérant FR circule dans la première branche 4 et non dans la deuxième branche 5. La vanne d’arrêt 24 de la deuxième branche 5 est fermée, interdisant la circulation du fluide réfrigérant FR dans la deuxième branche 5.
L’organe de détente 20 opère une détente du fluide réfrigérant FR. Pour ce faire, il adopte une ouverture partielle de sa section interne correspondant à un degré d’ouverture donné. Tout changement du degré d’ouverture de la section interne à l’organe de détente 20 impacte l’état du fluide réfrigérant FR sur l’ensemble du circuit 1 de fluide réfrigérant FR. Ce degré d’ouverture est défini et obtenu par le procédé 2 selon l’invention tel que cela sera décrit pour la figure 3. Les instructions relatives à ce degré d’ouverture sont transmises à l’organe de détente 20 via le câble électrique 27 le reliant au module de commande électronique 26.
En passant dans l’organe de détente 20, le fluide réfrigérant FR passe de la haute pression HP à la basse pression BP et de la haute température HT à la basse température BT. Lorsque le procédé 2 selon l’invention est mis en œuvre, alors cette détente induit un sous refroidissement « Tsbc » de consigne du fluide réfrigérant FR en sortie du premier échangeur thermique 16.
Le fluide réfrigérant FR à basse pression BP et basse température BT traverse le deuxième échangeur thermique 21. Dans le mode de fonctionnement décrit en figure 2, le deuxième échangeur thermique 21 fonctionne en évaporateur. Il refroidi le flux d’air intérieur FA au véhicule grâce au fluide réfrigérant FR avec lequel s’opère l’échange thermique. Ainsi, lorsque le flux d’air intérieur FA intègre le boîtier 12 de l’installation 13 de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation entraîné par le dispositif de mis en mouvement 23, il cède ses calories au fluide réfrigérant FR parcourant le deuxième échangeur thermique 21. Au sein du boîtier 12, le flux d’air intérieur FA est orienté par le jeu de volets 22 vers l’habitacle du véhicule, et ce sans traverser l’échangeur de chaleur 11, l’un des volets du jeu de volets 22 en bloquant l’accès.
En aval du deuxième échangeur thermique 21, le fluide réfrigérant FR joint la conduite principale 3 via le premier point de raccordement 6. Le fluide réfrigérant FR s’accumule alors dans le dispositif d’accumulation 25 avant de terminer son cycle thermodynamique en passant l’entrée 9 du dispositif de compression 8.
La figure 3 montre un logigramme décrivant une mise en œuvre du procédé 2 selon l’invention. Le logigramme est une représentation graphique utilisant des symboles géométriques, chaque symbole géométrique étant caractérisés par un haut, un bas, un côté gauche, un côté droit. Chaque symbole géométrique représente une étape du procédé 2 selon l’invention. Ainsi, une ellipse représente une étape qui intervient automatiquement dans le procédé 2 et un rectangle représente une étape d’action. Des flèches sont également utilisées, pour représenter des connexions entre ces étapes. Sur le logigramme, une entrée d’étape se fait par le haut du symbole géométrique, une sortie d’étape par le bas ou le côté droit du symbole géométrique.
Le procédé 2 selon l’invention est mis en œuvre suite aux prises de mesure effectuées en différents points du circuit 1 de fluide réfrigérant FR. Le module de commande électronique 26 donne par exemple les consignes relatives à ces mesures. Dans un autre exemple, les mesures sont itératives ou continues.
La température « Te » du flux d’air extérieur FE est mesurée par le dispositif de mesure de température 18 en face avant du véhicule. Une température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur thermique 16 est mesurée par le capteur de température 17 en sortie du premier échangeur thermique 16. La température de condensation « Te » du fluide réfrigérant FR est calculée à partir du relevé de la haute pression HP, haute pression HP mesurée au niveau du capteur de pression 14 à la sortie du dispositif de compression 8 ou d’un capteur de pression disposé à la sortie du premier échangeur thermique 16.
L’obtention des données de température « Te, Te, Tscdr », par mesure ou estimation, constitue une étape « El » d’obtention des températures. L’étape « El » d’obtention des températures est préalable à une étape « E2 » de collecte de ces même températures.
L’étape « E2 » de collecte permet de collecter les données de température « Te, Te, Tscdr » correspondant à la température de condensation « Te » du fluide réfrigérant FR en sortie du premier échangeur thermique 16 , la température «Te » du flux d’air extérieur FE et à la température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur thermique 16. C’est par exemple le module de commande électronique 26 qui réalise l’étape « E2 » de collecte.
Le module de commande électronique 26 met ensuite en œuvre une étape « E3 » de contrôle. Cette étape « E3 » de contrôle est celle qui conduit, dans le circuit 1 de fluide réfrigérant FR, à l’obtention d’un sous-refroidissement « Tsbc » de consigne suite à l’intégration des données de température « Te, Te, Tscdr » collectées. L’étape « E3 » de contrôle comporte au moins quatre sous étapes définies ci-après.
Une première sous-étape « E3.1 » intègre les données de température « Te, Te, Tscdr ». Cette première sous-étape « E3.1 » permet de calculer le sousrefroidissement « Tsbc » de consigne qui est à atteindre en sortie du premier échangeur thermique 16, en appliquant une formule « F » : [Tsbc = A x (Te - Te)], où un coefficient « A » est fonction d’un facteur alpha compris entre 0.68 et 1. La formule « F » est appliquée par un calculateur 29 intégré au module de commande électronique 26.
Une deuxième sous-étape « E3.2 » attribue le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne calculé à un contrôle de degré d’ouverture « D » de la section variable de l’organe de détente 20. Cette attribution se fait au moyen d’un algorithme défini. C’est lors de cette deuxième sous-étape « E3.2 » qu’est déterminée quelle instruction sera transmise à l’organe de détente 20 par le module de commande électronique 26. Cette instruction sera liée à l’écart entre le sous refroidissement « Tsbc » de consigne par rapport à la température de sous refroidissement calculée à partir de la mesure de la température du fluide réfrigérant « Tscdr » en sortie du premier échangeur thermique 16 via le capteur 17 et la température de condensation « Te ».
Lors d’une troisième sous-étape « E3.3 », la transmission de l’instruction relative à l’ouverture de la section variable empruntée par le fluide réfrigérant FR est réalisée. Le degré d’ouverture « D » de la section variable de l’organe de détente 20 est ainsi adaptée pour atteindre le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne calculé lors de la première sous-étape « E3.1 ».
La quatrième sous-étape « E3.4 » consiste en la modification du degré d’ouverture « D » de section variable de l’organe de détente 20. Cette modification est par exemple réalisée dans l’organe de détente 20. Cette quatrième sous-étape « E3.4 » peut aussi être réalisée par le module de commande électronique 29. L’ouverture de la section variable de l’organe de détente 20 est ainsi adaptée dans l’objectif d’atteindre le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne calculé lors de la première sous-étape « E3.1 ». On comprend que, si l’organe de détente 20 est déjà au degré d’ouverture « D » souhaité, l’instruction apportée est sans conséquence sur la section variable.
A l’issue de l’étape « E3 » de contrôle, les pressions au sein du circuit 1 de fluide réfrigérant FR s’ajustent. En conséquence, la température du fluide réfrigérant FR en sortie du premier échanger thermique 16 change jusqu’à ce que le sous-refroidissement « Tsbc » de consigne, calculé lors de la première sousétape « E3.1 », soit atteinte. La charge du dispositif de compression 8 est également de ce fait modifiée. Le procédé 2 selon l’invention intègre un rétrocontrôle puisque l’étape « El » d’obtention des températures est à nouveau réalisée consécutivement à l’étape « E3 » de contrôle.
On comprend de ce qui précède que la présente invention permet ainsi d’assurer un traitement thermique ajusté aux besoins des occupants du véhicule tout en optimisant l’efficacité énergétique du circuit de fluide réfrigérant impliqué dans ce traitement thermique. La présente invention a pour avantage d’exploiter 5 un sous-refroidissement optimal du fluide réfrigérant déterminé en fonction des températures observées sur le circuit et des besoins en refroidissement. En particulier, l’invention vise à adapter la pression du fluide réfrigérant dans le circuit en mettant en œuvre le contrôle de la détente opérée par l’organe de détente 20 faisant partie du circuit.
L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici, et elle s’étend également à tous moyens ou configurations équivalentes et à toute combinaison techniquement opérant de tels moyens. En particulier, l’architecture du circuit de fluide réfrigérant ou de la boucle de fluide caloporteur peut être modifiée sans nuire à l’invention dans la mesure où il remplit 15 les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé (2) de contrôle d’un circuit (1) de fluide réfrigérant (FR) pour véhicule, le circuit (1) de fluide réfrigérant (FR) comprenant au moins un dispositif de compression (8) du fluide réfrigérant (FR), un premier échangeur thermique (16) agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur (FE) à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur thermique (21) agencé pour être traversé par un flux d’air intérieur (FA) envoyé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente (20) à section variable disposé entre le premier échangeur thermique (16) et le deuxième échangeur thermique (21), un dispositif d’accumulation (25) disposé entre le deuxième échangeur thermique (21) et le dispositif de compression (8), le procédé (2) de contrôle comprenant au moins une étape (E3) de contrôle du degré d’ouverture (D) de l’organe de détente (20), caractérisé en ce que le degré d’ouverture (D) contrôle un sous-refroidissement (Tsbc) de consigne du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16), le sousrefroidissement (Tsbc) de consigne étant calculé grâce à une température de condensation (Te) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16), à une température (Te) du flux d’air extérieur (FE) et à un coefficient (A), selon une formule (F) définie telle que [Tsbc = A x (Te - Te)], où le coefficient (A) est fonction d’un facteur alpha compris entre 0.68 et 1.
  2. 2. Procédé (2) de contrôle selon la revendication 1, dans lequel l’étape (E3) de contrôle est précédée d’au moins une étape (E2) de collecte de données (Te, Te, Tscdr), les données (Te, Te, Tscdr) collectées lors de l’étape (E2) de collecte étant au moins une valeur de haute pression (HP) permettant le calcul de la température de condensation (Te) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16), une température (Tscdr) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16) et la température (Te) du flux d’air extérieur (FE) en entrée du premier échangeur thermique (16).
  3. 3. Procédé (2) de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pression du fluide réfrigérant (FR) est mesurée afin d’estimer la température de condensation (Te) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16).
  4. 4· Procédé (2) de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de détente (20) est placé sous la dépendance d’un module de commande électronique (26).
  5. 5. Procédé (2) de contrôle selon la revendication précédente en combinaison avec la revendication 2, dans lequel un module de commande électronique (26) met en œuvre l’étape (E2) de collecte des données (Te, Te, Tscdr) ainsi que l’étape (E3) de contrôle de l’organe de détente (20) en fonction des données (Te, Te, Tscdr).
  6. 6. Procédé (2) de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur thermique (16) est utilisé comme condenseur tandis que le deuxième échangeur thermique (21) est utilisé en tant qu’évaporateur.
  7. 7. Procédé (2) de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coefficient (A) est fonction du facteur alpha, d’une constante (B), de la température de condensation (Te) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16) et de la température (Te) du flux d’air extérieur (FE) et répond à une équation définie telle que [A = alpha x (Te - Te)B ].
  8. 8. Procédé (2) de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le coefficient (A) est fonction du facteur alpha, d’une valeur (D), de la température de condensation (Te) du fluide réfrigérant (FR) en sortie du premier échangeur thermique (16), de la température (Te) du flux d’air extérieur (FE) et d’un facteur beta et répond à une expression définie telle que [A = alpha + beta x (Te-Te)D].
  9. 9. Circuit (1) de fluide réfrigérant (FR) comprenant au moins un dispositif de compression (8) du fluide réfrigérant (FR), un premier échangeur thermique (16) agencé pour être traversé par un flux d’air extérieur (FE) à un habitacle du véhicule, un deuxième échangeur thermique (21) agencé pour être traversé par un flux d’air intérieur (FA) envoyé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente (20) à section variable disposé entre le premier échangeur thermique (16) et le deuxième échangeur thermique (21), un dispositif d’accumulation (25) disposé entre le deuxième échangeur thermique (21) et le dispositif de compression (8), et où le circuit (1) est configuré pour mettre en œuvre le procédé (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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