EP2310648A2 - Procede de controle de debit de liquide de refroidissement - Google Patents

Procede de controle de debit de liquide de refroidissement

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EP2310648A2
EP2310648A2 EP09784444A EP09784444A EP2310648A2 EP 2310648 A2 EP2310648 A2 EP 2310648A2 EP 09784444 A EP09784444 A EP 09784444A EP 09784444 A EP09784444 A EP 09784444A EP 2310648 A2 EP2310648 A2 EP 2310648A2
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EP
European Patent Office
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coolant
energy
engine
stored
temperature
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EP09784444A
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German (de)
English (en)
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EP2310648B1 (fr
Inventor
Frédéric BENET
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2310648A2 publication Critical patent/EP2310648A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2310648B1 publication Critical patent/EP2310648B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/167—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by adjusting the pre-set temperature according to engine parameters, e.g. engine load, engine speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to the field of control of water pumps in a combustion engine of a motor vehicle.
  • the invention particularly relates to a method for controlling the flow of coolant circulated by a water pump in a combustion engine of a motor vehicle.
  • Such a motor vehicle comprises a water pump that can be mechanical or electrical.
  • a water pump has the role of converting velocity energy into pressure energy. Thanks to the evolutionary section of a volute at a turbine, the speed of the fluid decreases and the pressure increases.
  • a mechanical water pump comprises, as illustrated in Figure 1, a body M8 housed in a housing M9 of a motor, an axis M2 on which is coaxially mounted a turbine Ml and a pulley M3, a seal Dynamic M4 and M5 bearings.
  • the motor body M8 defines on three sides an M6 tank. The last side is delimited by the M5 bearings.
  • the pulley M3, the bearings M5 and part of the seal M4 are arranged in a first so-called dry portion.
  • the turbine M1 and another part of the seal M4 are arranged in a second part in contact with the coolant.
  • the pulley M3 is rotated by the motor.
  • the rotational movement is transmitted to the turbine Ml via the axis M2.
  • M5 bearings provide rotational movement with good guidance and low wear.
  • the seal M4 seals between the dry portion and the portion in contact with the coolant.
  • This M4 seal has two rings. A first ring is fixed and linked to the body M8. A second ring rotates and is linked to the M2 axis. To limit the temperature of the M4 seal, a low coolant leak is admitted through the M4 seal. This leak is collected in the tank M6 where the liquid solidifies in contact with the air.
  • the coolant In an engine equipped with a mechanical water pump, the coolant is circulated by the engine. Thus, as soon as the engine is running, the coolant circulates and cools the engine.
  • the water pump in certain cases, especially during start-up and / or when the ambient temperature is low, it is desirable for the water pump to be deactivated. Indeed, as the engine temperature does not exceed a given critical temperature, beyond which the operation of the engine may be abnormal, there is no need to cool.
  • An electric water pump comprises, as illustrated in Figure 2, a body E8, an axis E2 on which are mounted, coaxially and integrally, a turbine El, two bearings E4 and a magnet E6.
  • a body E8 In the body E8 is housed a fixed coil E5 facing the magnet E6.
  • the bearings are arranged on either side of the magnet E6.
  • the turbine El and outside the body E8.
  • the rotational movement is not transmitted, in the case of an electric water pump, by the engine but by an electric motor.
  • the winding is powered, the magnetic field thus generated rotates the axis E2 through the magnet E6.
  • the seal between a dry portion and a portion in contact with the coolant is provided by a set of static seal E3.
  • JP2000-303841 discloses a method for controlling an electric water pump by: comparing a coolant temperature in an engine water jacket and a first threshold; comparisons between a coolant temperature in an engine heat sink and a second, third and fourth threshold.
  • the amount of fuel injected to determine the activation times of the electric water pump is not a reliable solution. Indeed, the amount of fuel is not directly related to a temperature of the hottest point in an engine (this temperature to know when the electric water pump must be started), since the temperature of this point depends on several parameters including the efficiency of the engine, the combustion air mixture, the quality of the fuel, etc.
  • DE 102 48 552 discloses a method in which the starting of the electric water pump is controlled when at least one of the following values exceeds a respective threshold: the temperature of the coolant; the temperature of the intake air; the heating power; and a running time.
  • the electric water pump is started if an engine speed exceeds a threshold speed at the same time as the vehicle speed exceeds a threshold speed.
  • An object of the invention is to provide a coolant flow control method using the equipment already present in most combustion engines.
  • the invention proposes a method for controlling the flow rate of a cooling liquid in a combustion engine comprising a housing and a water pump, characterized in that an estimate of a material temperature, corresponding to the point the hottest of the casing, is made from a calculation of a stored energy calculated by an integral of a power output corresponding to a power returned to the coolant if the coolant was set in motion.
  • the method comprises the steps of determining the power output from engine speed and engine power; the method comprises the steps of determining a decision on coolant flow from the returned power and a condition of the engine;
  • the step of determining a decision on the flow rate of the coolant comprises the following substeps: initialization of a first threshold energy when the state of the engine corresponds to a starting of the engine; calculating the stored energy iteratively as long as the energy stored is below the first threshold energy from the stored power; and stopping the calculation of the stored energy as soon as the stored energy reaches or exceeds the first threshold energy; the decision on the coolant flow rate is such that: the coolant is not circulated as long as the energy stored is below the first threshold energy; and the coolant is circulated as soon as the stored energy reaches or exceeds the first threshold energy; the step of determining a decision on the coolant flow further comprises the substep of initializing a second intermediate threshold energy lower than the first threshold energy when the engine state corresponds to a start of the motor ; the decision on the flow rate of the coolant is such that: the coolant is not circulated as long as the stored energy is below the second intermediate threshold energy; the coolant is circulated at a first rate as soon as the stored energy reaches
  • the invention also proposes a system for controlling the flow rate of coolant, implementing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that the system comprises:
  • a unit for determining the power stored from an engine speed and a driving torque a unit for determining the power stored from an engine speed and a driving torque; and a decision unit determining the flow rate of the cooling liquid as a function of the energy stored.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation; a mechanical water pump;
  • Figure 2 is a schematic representation of an electric water pump;
  • Figure 3 is a schematic representation of a unit for determining the stored power;
  • FIG. 4 is a logic diagram representing a first embodiment of a decision unit according to the invention;
  • FIG. 5 is a logic diagram representing a second embodiment of a decision unit according to the invention;
  • FIG. 6 is a schematic representation of a unit for monitoring the temperature of the cooling liquid;
  • Figure 7 is a schematic representation of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • the motor material must not exceed a critical temperature. Beyond this critical temperature, the engine is no longer reliable and severe engine damage can occur. But, depending on the ambient temperature, a temperature of the engine material
  • the material temperature (hereinafter referred to as the material temperature) may, before starting, be below the critical temperature.
  • the engine material temperature taken into consideration must be a temperature T max of a point of the engine which is the hottest point P1.
  • this point P1 is located at an inter-valve exhaust / exhaust bridge.
  • the acquisition of this temperature T max is however not advantageous for reasons of cost and reliability.
  • This temperature T max is then, according to the invention, determined from an amount of energy stored in the engine.
  • This amount of stored energy is therefore a true image of the material temperature taking into account the material temperature during startup. And an estimate of this temperature is made thanks to a table of correspondence energy stored / temperature matter.
  • This amount of energy is determined by a stored energy determination unit whose operation is as follows.
  • the water power P is determined from a calorie / water correspondence table expressed in the form of a two-input table (engine speed and effective engine power).
  • This table is predetermined by a test for which the power P water is measured for each pair (N (t); PME (t)) of the table.
  • the energy E is then compared with a threshold energy E sem ⁇ which depends on the material temperature at startup which is taken to equal the liquid temperature of the coolant in the engine.
  • This threshold energy E only is determined during a steady-state test on a steady-state point and a constant engine power. Under zero coolant flow, an acquisition from the start of operation of the engine until the critical temperature is reached allows, with a calculation of the integral (giving E and simplified because of the established regime), the determination of the threshold energy E se ⁇ ⁇ .
  • a decision unit determines a mode of operation of the water pump. As long as the energy E is lower than the threshold energy E only , the electric water pump is not put into operation.
  • the electric water pump has at least two modes of operation.
  • the pump In the second mode of operation corresponding to E> E alone , the pump is actuated and its rotational speed is related to the conditions of use of the engine.
  • an intermediate operating mode is added as well as a second energy threshold E mt lower than the threshold energy E seu , ⁇ .
  • the pump has three modes of operation.
  • the second threshold is an intermediate threshold energy corresponding to a critical temperature of use of a member of the cooling circuit.
  • the second threshold is added in order to allow a circulation of the cooling liquid actuated by the water pump not related to the conditions of use of the engine. For example, this is sought to mitigate a delay of information on the liquid temperature delivered by a sensor due to the non-circulation of coolant.
  • the intermediate operating mode corresponds to a coolant flow rate lower than or equal to that of the second mode of operation.
  • a time threshold corresponding to a duration of use beyond which the coolant is circulated, is added. This is determined by a coolant temperature monitoring unit.
  • a threshold on the temperature of the coolant may be added. If the temperature of the coolant, included in the engine but not circulating, exceeds this threshold, the coolant is circulated.
  • the time threshold and the threshold on the temperature may both be added to the first and / or second embodiments.
  • the stored power P water (f) is calculated by the unit 3 for determining the energy stored from a measurement of the engine speed N (t), and a measurement of the engine torque CMI (t).
  • a multiplier 32 multiplies the values of these measurements and gives at its output the power of the efficient engine PME (t). according to the formula:
  • Fig. 4 is a flow chart illustrating the coolant flow rate control method according to the first two mode embodiment of the decision unit 4.
  • the values of the stored power, the threshold energy are initialized.
  • the initial stored power is zero and that of the threshold energy depends on the initial temperature of the coolant, i.e., at start-up.
  • This threshold energy is determined from an input variable array (initial coolant temperature).
  • a calculation module calculates the stored energy E (t) in step S2. This calculation is repeated at regular intervals dt.
  • E ⁇ t) E (t - dt) + P water ⁇ t) .dt.
  • a comparison module compares the value of the energy stored with the threshold energy determined during step S1.
  • step S3 If the stored energy is greater than the threshold energy, then the calculation is not reiterated and the water pump is activated in step S3.
  • FIG. 5 is a logic diagram illustrating the second embodiment of the method with three modes of operation of the decision unit 4 '.
  • a first step S11 ' the stored power P water , the first threshold energy E only and the second intermediate threshold energy E m are initialized.
  • the method remains in the first step S11 '.
  • the calculation module calculates the stored energy in a second step S2 'identical to step S2.
  • An intermediate level comparison module compares the stored energy E (i) with the second intermediate threshold energy E mt (Q2 ').
  • step S2 If the stored energy E ⁇ i) is less than the second intermediate threshold energy E mt , the calculation is reiterated in step S2. If not, a comparison module compares the stored energy E (t) with the first threshold energy E se
  • step S4 ' If the stored energy E ⁇ t) is lower than the first threshold energy E sem ⁇ then the intermediate operating mode is activated in step S4 '.
  • step S3 If the stored energy E (t) is greater than the first threshold energy E sem ⁇ then the second intermediate operating mode is activated and the calculation of the stored energy E (t) is stopped, in step S3 .
  • thermosiphon II convective losses in the coolant contribute to increase the coolant temperature and, depending on the arrangement of the circuit, to create a thermosiphon II is therefore possible to use a threshold on the liquid temperature T threshold i to take into account this increase in coolant temperature. Another threshold on the time spent since startup is also possible.
  • the thresholds on the liquid temperature and on the time spent since startup are alternatively safety thresholds, that is to say whatever the decision taken by the unit 4, 4 'of decision, if the threshold the temperature of the coolant and / or the threshold on the time spent since starting is / are reached and / or exceeded then the coolant is circulated.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the unit 6 for monitoring the coolant temperature to take into account the increase in the liquid temperature due to convective losses.
  • This module comprises a comparator 61 comparing the liquid temperature T water to the threshold T sem i- The liquid temperature is measured by a conventional temperature sensor for this type of use. The output of the comparator is connected to a switch 62 making it possible to switch from a nominal control mode M n to a security mode M s , giving the output of the monitoring unit 6 a safety instruction S p determining the operating mode. the pump must operate in safety mode.
  • the nominal driving mode corresponds to the operating mode determined by the decision unit 4, 4 '.
  • the security mode corresponds to a predetermined fixed operating mode.
  • the associated operating mode corresponds to a threshold rotation speed W sem i, for example 85% of the maximum possible flow.
  • the failover condition in safety mode is T water >
  • the input data are: the temperature of liquid T water ; the rotation speed of the motor N (t); the torque of the engine CMI (t); and the state of the engine on / off And m .
  • the output data is a coolant flow control setpoint, expressed here as pulse width modulation.
  • MLI Pulse Width Modulation in English
  • the unit 3 for determining the stored energy receives as input the rotational speed of the engine N (t) and the torque of the engine CMI (t) and returns the power P water (t).
  • the decision unit 4, 4 receives as input the power P ea u (t) as well as the state of the engine Et m (start-up or not) and returns at the output a decision on the flow rate of the coolant to be put into operation. place in the engine De.
  • the unit 6 for monitoring the liquid temperature receives as input the measurement of the liquid temperature. It sends back a decision on the flow of the coolant which is either that determined by the decision unit 4, 4 'or a security flow corresponding to the security mode.
  • the outputs of the units 4 (or 4 ') and 6 are sent to the input of a flow rate determination unit 7 which determines the flow rate of the cooling liquid Qi to be put in place according to this information and according to the engine speed N ⁇ t).
  • a time monitoring unit 8 from the start can be added including a time integrator and which returns the time passed since the start At. Its output is sent to the unit 7 for determining the flow rate.
  • the method according to the invention is not limited to a use for the control of the flow of coolant in a motor equipped with an electric water pump; it can advantageously be used for determining an activation threshold of an electromagnetic, pneumatic, friction roller or valve-associated water pump.
  • An advantage of this method is not to use other sensors than those already existing in most engines with a mechanical water pump.
  • Another advantage of this method is to be able to have the necessary information for the implementation of the method on a network of the engine computer (torque regime, temperature).

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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle de débit d'un liquide de refroidissement dans un moteur à combustion comprenant un carter et une pompe à eau. Une estimation d'une température matière, correspondant au point le plus chaud du carter, est réalisée à partir d'un calcul d'une énergie emmagasinée (E) calculée par une intégrale d'une puissance restituée (Peau(t)) correspondant à une puissance restituée au liquide de refroidissement si le liquide de refroidissement était mis en mouvement.

Description

PROCEDE DE CONTROLE DE DEBIT DE LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT
L'invention concerne le domaine du contrôle des pompes à eau dans un moteur à combustion d'un véhicule moteur. L'invention concerne en particulier un procédé de contrôle de débit de liquide de refroidissement mis en circulation par une pompe à eau dans un moteur à combustion d'un véhicule moteur.
Un tel véhicule moteur comporte une pompe à eau pouvant être mécanique ou électrique. Une pompe à eau a pour rôle de convertir une énergie de vitesse en énergie de pression. Grâce à la section évolutive d'une volute au niveau d'une turbine, la vitesse du fluide diminue et la pression augmente.
Une pompe à eau mécanique comprend, comme illustré dans la figure 1, un corps M8 logé dans un carter M9 d'un moteur, un axe M2 sur lequel est monté de manière coaxiale une turbine Ml et une poulie M3, un joint d'étanchéité dynamique M4 et des roulements M5.
Le corps M8 du moteur délimite sur trois côtés un réservoir M6. Le dernier côté est délimité par les roulements M5.
Le long de l'axe M2, sont disposés successivement la poulie M3, les roulements M5, le joint d'étanchéité M4 et enfin la turbine Ml. La poulie M3, les roulements M5 et une partie du joint d'étanchéité M4 sont disposés dans une première partie dite sèche. La turbine Ml et une autre partie du joint d'étanchéité M4 sont disposées dans une deuxième partie en contact avec le liquide de refroidissement. La poulie M3 est entraînée en rotation par le moteur. Le mouvement de rotation est transmis à la turbine Ml par l'intermédiaire de l'axe M2. Les roulements M5 permettent d'assurer le mouvement de rotation avec un bon niveau de guidage et une faible usure. Le joint d'étanchéité M4 assure l'étanchéité entre la partie sèche et la partie en contact avec le liquide de refroidissement. Ce joint M4 comporte deux bagues. Une première bague est fixe et liée au corps M8. Une deuxième bague tourne et est liée à l'axe M2. Pour limiter la température du joint M4, une faible fuite de liquide de refroidissement est admise au travers du joint M4. Cette fuite est recueillie dans le réservoir M6 où le liquide se solidifie au contact de l'air.
Dans un moteur équipé d'une pompe à eau mécanique, le liquide de refroidissement est mis en circulation par le moteur. Ainsi, dès que le moteur tourne, le liquide de refroidissement circule et refroidit le moteur.
Or, dans certain cas, notamment lors du démarrage et/ou quand la température ambiante est basse, il est souhaitable que la pompe à eau soit désactivée. En effet, tant que la température du moteur ne dépasse pas une température critique donnée, au-delà de laquelle le fonctionnement du moteur risque d'être anormal, il n'y a pas besoin de le refroidir.
Aussi, plus la température du moteur est importante, et plus la viscosité de l'huile diminue, ce qui réduit les frottements et donc la consommation du moteur.
Une pompe à eau électrique comprend, comme illustrée sur la figure 2, un corps E8, un axe E2 sur lequel sont montés, de manière coaxiale et solidaire, une turbine El, deux paliers E4 et un aimant E6. Dans le corps E8 est logé un bobinage E5 fixe en regard de l'aimant E6.
Les paliers sont disposés de part et d'autre de l'aimant E6. La turbine El et en dehors du corps E8. Le mouvement de rotation n'est pas transmis, dans le cas d'une pompe à eau électrique, par le moteur thermique mais par un moteur électrique. Lorsque le bobinage est alimenté, le champ magnétique ainsi généré entraine en rotation l'axe E2 grâce à l'aimant E6.
L'étanchéité entre une partie sèche et une partie en contact avec le liquide de refroidissement est assurée par un ensemble de joint statique E3.
Les roulements M5 de la pompe à eau mécanique sont remplacés dans la pompe à eau électrique par les deux paliers E4 généralement en carbone qui sont immergés dans le liquide de refroidissement et qui sont donc naturellement refroidis. Il n'y a pas de fuite. Le document JP2005-256642 décrit un procédé comprenant les étapes suivantes : une température thw de liquide de refroidissement est détectée ; à partir de la température de liquide de refroidissement détectée est déterminée une sortie de base Pb correspondante à l'aide d'une table de correspondance thw/Pb ; une température du moteur Tm est estimée ; une différence (Ts = Tm - Tf) entre la température du moteur et la température du liquide de refroidissement est calculée ; un coefficient correcteur V est déterminé à l'aide d'une table de correspondance Ts/V ; ce coefficient correcteur V permet enfin de corriger la valeur de la sortie de base Pb à injecter à la pompe à eau électrique.
Le document JP2000-303841 décrit un procédé permettant de contrôler une pompe à eau électrique grâce à : une comparaison entre une température de liquide de refroidissement dans une chemise d'eau du moteur et un premier seuil ; des comparaisons entre une température de liquide de refroidissement dans un radiateur de chauffage du moteur et un deuxième, troisième et quatrième seuil.
Ces deux solutions proposées utilisent des capteurs de température qui doivent être robustes puisqu' utilisés dans un environnement chaud (température d'eau de l'ordre de 1000C), sinon la détection de la température risque d'être erronée. Ces solutions sont donc onéreuses.
Or, il serait avantageux de tirer partie des installations déjà présentes dans de nombreux modèles de moteur à combustion aujourd'hui disponibles. De telles solutions ont déjà été proposées. Le document US 2003/0113213 décrit un procédé dans lequel soit une température du liquide de refroidissement présent dans le moteur est déterminée et comparée à une température de consigne, soit une quantité de fuel injectée dans le moteur depuis le démarrage est comparée à une quantité de fuel de consigne. Ces comparaisons permettent le contrôle de la mise en circulation de fluide de refroidissement par la pompe à eau électrique.
Cependant, utiliser la quantité de fuel injectée afin de déterminer les instants d'activation de la pompe à eau électrique n'est pas une solution fiable. En effet, la quantité de fuel n'est pas directement liée à une température du point le plus chaud dans un moteur (cette température permettant de savoir quand la pompe à eau électrique doit être mise en marche), puisque la température de ce point dépend de plusieurs paramètres dont l'efficacité du moteur, le mélange combustion air, la qualité du fuel, etc.
Le document DE 102 48 552 décrit un procédé dans lequel la mise en marche de la pompe à eau électrique est commandée lorsque au moins l'une des valeurs suivantes dépassent un seuil respectif : la température du liquide de refroidissement ; la température de l'air admis ; la puissance de chauffe ; et une durée de fonctionnement.
Également, la pompe à eau électrique est mise en marche si un régime moteur dépasse un régime seuil en même temps que la vitesse du véhicule dépasse une vitesse seuil.
Cependant, un des désavantages de ce procédé est que la pompe à eau est mise en marche au bout d'une durée de fonctionnement déterminée. C'est-à-dire que quelque soit la température ambiante, le fluide de refroidissement est mis en circulation au-delà de cette durée de fonctionnement, alors même que dans certaines conditions, il serait plus économique de ne pas procéder au refroidissement du moteur puisque celui-ci est encore froid.
Un but de l'invention est de proposer un procédé de contrôle de débit de liquide de refroidissement utilisant l'équipement déjà présent dans la plupart des moteurs à combustion. Dans ce but, l'invention propose un procédé de contrôle de débit d'un liquide de refroidissement dans un moteur à combustion comprenant un carter et une pompe à eau, caractérisé en ce qu'une estimation d'une température matière, correspondant au point le plus chaud du carter, est réalisée à partir d'un calcul d'une énergie emmagasinée calculée par une intégrale d'une puissance restituée correspondant à une puissance restituée au liquide de refroidissement si le liquide de refroidissement était mis en mouvement.
Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet une estimation plus précise de la température du moteur à combustion et ainsi rendre le fonctionnement de la pompe à eau plus économique. D'autres caractéristiques non limitatives et optionnelles sont : le procédé comprend les étapes consistant à déterminer la puissance restituée à partir d'un régime moteur et d'une puissance du moteur ; le procédé comprend les étapes consistant à déterminer une décision sur le débit du liquide de refroidissement à partir de la puissance restituée et d'un état du moteur ;
- l'étape consistant à déterminer une décision sur le débit du liquide de refroidissement comprend les sous-étapes suivantes : initialisation d'une première énergie seuil quand l'état du moteur correspond à un démarrage du moteur ; calcul de l'énergie emmagasinée de manière itérative tant que l'énergie emmagasinée est en deçà de la première énergie seuil à partir de la puissance emmagasinée ; et arrêt du calcul de l'énergie emmagasinée dès que l'énergie emmagasinée atteint ou dépasse la première énergie seuil ; la décision sur le débit du liquide de refroidissement est telle que : le liquide de refroidissement n'est pas mis en circulation tant que l'énergie emmagasinée est en deçà de la première énergie seuil ; et le liquide de refroidissement est mis en circulation dès que l'énergie emmagasinée atteint ou dépasse la première énergie seuil ; l'étape consistant à déterminer une décision sur le débit du liquide de refroidissement comprend, en outre, la sous-étape d'initialisation d'une deuxième énergie seuil intermédiaire inférieure à la première énergie seuil quand l'état du moteur correspond à un démarrage du moteur ; la décision sur le débit du liquide de refroidissement est telle que : le liquide de refroidissement n'est pas mis en circulation tant que l'énergie emmagasinée est en deçà de la deuxième énergie seuil intermédiaire ; le liquide de refroidissement est mis en circulation à un premier débit dès que l'énergie emmagasinée atteint ou dépasse la deuxième énergie seuil intermédiaire et tant qu'elle est en deçà de la première énergie seuil ; et le liquide de refroidissement est mis en circulation à un deuxième débit supérieur au premier débit dès que l'énergie emmagasinée atteint ou dépasse la première énergie seuil ; - le procédé comprend un premier mode sécurité consistant à mettre en circulation le liquide de refroidissement au moins à un troisième débit prédéterminé dès qu'une température de liquide correspondant à la température du liquide de refroidissement dans le moteur atteint ou dépasse une température seuil ; le procédé comprend un deuxième mode sécurité consistant à mettre en circulation le liquide de refroidissement au moins à un quatrième débit prédéterminé au bout d'un temps prédéterminé depuis le démarrage du moteur ; l'initialisation de la première énergie seuil et, le cas échéant, de la deuxième énergie seuil intermédiaire est réalisée en fonction d'une température du liquide de refroidissement dans le moteur au moment du démarrage de celui-ci ; et l'estimation de la température matière à partir de l'énergie emmagasinée est effectuée grâce à une table de correspondance énergie emmagasinée/température matière ; et en ce que cette table énergie emmagasinée/température matière est obtenue par apprentissage en régime de rotation déterminée et quand la puissance emmagasinée est stable.
L'invention propose également un système pour le contrôle de débit de liquide de refroidissement, mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comprend :
- un capteur de température du carter ;
- une unité de détermination de la puissance emmagasinée à partir d'un régime moteur et d'un couple moteur ; et - une unité de décision déterminant le débit du liquide de refroidissement en fonction de l'énergie emmagasinée.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une pompe à eau mécanique ; la figure 2 est une représentation schématique d'une pompe à eau électrique ; la figure 3 est une représentation schématique d'une unité de détermination de la puissance emmagasinée ; la figure 4 est un logigramme représentant un premier mode de réalisation d'une unité de décision selon l'invention ; la figure 5 est un logigramme représentant un deuxième mode de réalisation d'une unité de décision selon l'invention ; - la figure 6 est une représentation schématique d'une unité de surveillance de la température du liquide de refroidissement ; et la figure 7 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation du procédé selon l'invention.
Comme il a été dit précédemment, plus la matière, qui constitue un moteur, est chaude et plus la viscosité de l'huile moteur est faible. Ceci entraîne une diminution des frottements et donc une diminution de la consommation.
La matière du moteur ne doit cependant pas dépasser une température critique. Au-delà de cette température critique, le moteur n'est plus fiable et un fort endommagement du moteur peut se produire. Mais, selon la température ambiante, une température de la matière du moteur
(appelée ci-après température matière) peut, avant le démarrage, être en-deçà de la température critique.
Pendant une durée allant du démarrage jusqu'au moment où la température matière dépasse la température critique, il est donc avantageux de ne pas refroidir le moteur.
C'est pourquoi, dans certains cas d'utilisation, il est intéressant de retarder une mise en circulation d'un liquide de refroidissement, dans un circuit de refroidissement du moteur équipé d'une pompe à eau électrique.
Afin de connaître le moment où le liquide de refroidissement doit être mis en circulation, il faut déterminer la température matière du moteur. La température matière du moteur pris en considération doit être une température Tmax d'un point du moteur qui est le point Pl le plus chaud.
De préférence, ce point Pl est situé au niveau d'un pontet inter- soupape échappement/échappement. L'acquisition de cette température Tmax n'est cependant pas avantageuse pour des raisons de coût et de fiabilité. Cette température Tmax est alors, selon l'invention, déterminée à partir d'une quantité d'énergie emmagasinée dans le moteur.
Lorsque la pompe à eau électrique fonctionne, cette quantité d'énergie emmagasinée est restituée au liquide de refroidissement. En l'absence d'une circulation du liquide de refroidissement, cette quantité d'énergie est alors transmise à la matière du moteur, ce qui entraîne son réchauffement.
Cette quantité d'énergie emmagasinée est donc une image fidèle de la température matière en prenant en compte la température matière lors du démarrage. Et une estimation de cette température est faite grâce à une table de correspondance énergie emmagasinée/température matière.
Cette quantité d'énergie emmagasinée est exprimée par :
E θ l Peau(N(t)t PME(t)).dt ;
avec to l'instant du début du cycle et ti l'instant auquel l'énergie emmagasinée est considérée ; Peau une puissance restituée au liquide de refroidissement quand celui-ci est en circulation et à la matière du moteur sinon ; N(t) un régime moteur à l'instant t ; et PME(t) une puissance moteur efficace à l'instant t.
Cette quantité d'énergie est déterminée par une unité de détermination d'énergie emmagasinée dont le fonctionnement est le suivant.
La puissance Peau est déterminée à partir d'une table de correspondance calorie/eau exprimée sous forme d'un tableau à deux entrées (régime moteur et puissance moteur efficace).
Cette table est prédéterminée par un essai pour lequel la puissance Peau est mesurée pour chaque couple (N(t) ; PME(t)) du tableau.
L'énergie E est comparée ensuite à une énergie seuil Esemι qui dépend de la température matière lors du démarrage que l'on prend égale à la température de liquide du liquide de refroidissement dans le moteur.
Cette énergie seuil Eseuιι est déterminée lors d'un essai en régime établi sur un point de régime et une puissance moteur constante. Sous débit de liquide de refroidissement nul, une acquisition depuis la mise en fonctionnement du moteur jusqu'à l'atteinte de la température critique permet, moyennant un calcul de l'intégrale (donnant E et simplifié du fait du régime établi), la détermination de l'énergie seuil Eseωι.
Une unité de décision détermine un mode de fonctionnement de la pompe à eau. Tant que l'énergie E est inférieure à l'énergie seuil Eseuιι, la pompe à eau électrique n'est pas mise en fonctionnement.
Ainsi la pompe à eau électrique présente au moins deux modes de fonctionnement.
Dans le premier mode de fonctionnement, quand E < Eseuu, la pompe à eau n'est pas mise en action, il n'y a donc pas de circulation de liquide de refroidissement.
Dans le deuxième mode de fonctionnement correspondant à E > Eseuύ, la pompe est mise en action et son régime de rotation est lié aux conditions d'utilisation du moteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un mode de fonctionnement intermédiaire est ajouté ainsi qu'un deuxième seuil d'énergie Emt inférieur à l'énergie seuil Eseu,ι. Ainsi la pompe a trois modes de fonctionnement.
Dans une variante, le deuxième seuil est une énergie seuil intermédiaire correspondant à une température critique d'utilisation d'un organe du circuit de refroidissement.
Dans une autre variante, le deuxième seuil est ajouté afin de permettre une circulation du liquide de refroidissement actionnée par la pompe à eau non liée aux conditions d'utilisation du moteur. Par exemple, ceci est recherché afin d'atténuer un retard d'une information sur la température de liquide délivrée par un capteur dû à la non circulation de liquide de refroidissement.
Le mode de fonctionnement intermédiaire correspond à un débit de liquide de refroidissement inférieur ou égal à celui du deuxième mode de fonctionnement.
En variante des premier et deuxième modes de réalisation, un seuil temporel, correspondant à une durée d'utilisation au-delà de laquelle le liquide de refroidissement est mis en circulation, est ajouté. Ceci est déterminé par une unité de surveillance de la température du liquide de refroidissement. En variante encore des premier et deuxième modes de réalisation, un seuil sur la température du liquide de refroidissement peut être ajouté. Si la température du liquide de refroidissement, compris dans le moteur mais non circulant, dépasse ce seuil, le liquide de refroidissement est mis en circulation. En variante encore, le seuil temporel et le seuil sur la température peuvent être tous les deux ajoutés aux premier et/ou deuxième modes de réalisation.
En référence aux figures 3 à 6 sont ci-après décrits des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemple, de chacune des unités.
La puissance emmagasinée Peau(f) est calculée par l'unité 3 de détermination de l'énergie emmagasinée à partir d'une mesure du régime moteur N(t), et d'une mesure du couple moteur CMI(t). Un multiplicateur 32 multiplie les valeurs de ces mesures et donne à sa sortie la puissance du moteur efficace PME{t). suivant la formule :
PME(t) = ^- ^ - CMI(t) - N(t) . La puissance du moteur efficace PME{f) et le régime moteur N(t) sont ensuite envoyés en entrée de la table de correspondance calories/eau 31 qui donne en sortie la puissance emmagasinée.
La figure 4 est un logigramme illustrant le procédé de contrôle de débit de liquide de refroidissement selon le première mode de réalisation à deux modes de fonctionnement de l'unité 4 de décision.
À la première étape Sl, les valeurs de la puissance emmagasinée, de l'énergie seuil sont initialisées. La puissance emmagasinée initiale est nulle et celle de l'énergie seuil dépend de la température initiale du liquide de refroidissement, c'est-à-dire au moment du démarrage. Cette énergie seuil est déterminée à partir d'un tableau à une variable d'entrée (température initiale du liquide de refroidissement).
Tant qu'il n'y a pas démarrage du moteur, on reste à la première étape. S'il y a démarrage du moteur, un module de calcul calcule l'énergie emmagasinée E(t) à l'étape S2. Ce calcul est réitéré à intervalle régulier dt. Ainsi l'énergie emmagasinée à l'instant t vaut : E{t) = E{t - dt) + Peau{t).dt.
Avant chaque réitération du calcul, un module de comparaison compare la valeur de l'énergie emmagasinée à l'énergie seuil déterminée lors de l'étape Sl
(Qi). Si l'énergie emmagasinée est inférieure à l'énergie seuil, alors le calcul est réitéré.
Si l'énergie emmagasinée est supérieure à l'énergie seuil, alors le calcul n'est pas réitéré et la pompe à eau est mise en action à l'étape S3.
La figure 5 est un logigramme illustrant le deuxième mode de réalisation du procédé à trois modes de fonctionnement de l'unité 4' de décision.
Dans une première étape Sl', la puissance emmagasinée Peau, la première énergie seuil Eseuύ et la deuxième énergie seuil intermédiaire Em sont initialisées.
Tant qu'il n'y a pas démarrage du moteur, le procédé reste à la première étape Sl'.
Après le démarrage, le module de calcul calcule l'énergie emmagasinée, dans une deuxième étape S2' identique à l'étape S2.
Un module de comparaison de niveau intermédiaire compare l'énergie emmagasinée E{i) à la deuxième énergie seuil intermédiaire Emt (Q2').
Si l'énergie emmagasinée E{i) est inféneure à la deuxième énergie seuil intermédiaire Emt, le calcul est réitéré à l'étape S2\ Sinon un module de comparaison compare l'énergie emmagasinée E(t) à la première énergie seuil Eseωι
(Qi').
Si l'énergie emmagasinée E{t) est inférieure à la première énergie seuil Esemι alors le mode de fonctionnement intermédiaire est mis en action dans l'étape S4'.
Si l'énergie emmagasinée E(t) est supérieure à la première énergie seuil Esemι alors le deuxième mode de fonctionnement intermédiaire est mis en action et le calcul de l'énergie emmagasinée E(t) est arrêté, dans l'étape S3'.
Enfin, des pertes par convection dans le liquide de refroidissement contribuent à augmenter la température du liquide de refroidissement et, suivant l'agencement du circuit, à créer un thermosiphon II est donc possible d'utiliser un seuil sur la température de liquide Tseuii afin de prendre en compte cette augmentation de la température du liquide de refroidissement. Un autre seuil sur le temps passé depuis le démarrage est également possible.
Les seuils sur la température de liquide et sur le temps passé depuis le démarrage constituent en variante des seuils de sécurité, c'est-à-dire que quelque soit la décision prise par l'unité 4, 4' de décision, si le seuil sur la température du liquide de refroidissement et/ou le seuil sur le temps passé depuis le démarrage est/sont atteints et/ou dépassés alors le liquide de refroidissement est mis en circulation.
La figure 6 est un schéma illustrant le fonctionnement de l'unité 6 de surveillance de la température du liquide de refroidissement permettant de prendre en compte l'augmentation de la température de liquide due aux pertes par convection. Ce module comprend un comparateur 61 comparant la température de liquide Teau au seuil Tsemi- La température de liquide est mesurée par un capteur de température conventionnel pour ce type d'utilisation. La sortie du comparateur est reliée à un commutateur 62 permettant de faire basculer d'un mode de pilotage nominal Mn à un mode sécurité Ms, donnant à la sortie de l'unité 6 de surveillance une consigne de sécurité Sp déterminant le régime auquel la pompe doit fonctionner en mode sécurité.
Le mode de pilotage nominal correspond au mode de fonctionnement déterminé par l'unité 4, 4' de décision. Le mode sécurité correspond à un mode de fonctionnement forfaitaire prédéterminé.
Par exemple, pour le mode sécurité, le mode de fonctionnement forfaitaire y étant associé correspond à un régime de rotation seuil Wsemi, par exemple 85% du débit maximal possible. La condition de basculement au mode sécurité est Teau >
T 1 seuil- En référence à la figure 7 est ci-après décrit un exemple illustratif et non limitatif d'une réalisation mettant en œuvre les trois unités ci-dessus décrites. Dans cette réalisation, les données d'entrée sont : la température de liquide Teau ; le régime de rotation du moteur N(t) ; - le couple du moteur CMI(t) ; et l'état du moteur marche/arrêt Etm. La donnée de sortie est une consigne de pilotage du débit du liquide de refroidissement, exprimé ici sous la forme de modulation de largeur d'impulsion
MLI (ou encore PWM, Puise Width Modulation en anglais). C'est-à-dire que le temps passé à l'état haut, pendant une période du signal en créneaux généré, détermine le débit du liquide de refroidissement.
L'unité 3 de détermination de l'énergie emmagasinée reçoit en entrée le régime de rotation du moteur N(t) et le couple du moteur CMI(t) et renvoie en sortie la puissance Peau(t).
L'unité 4, 4' de décision reçoit en entrée la puissance Peau(t) ainsi que l'état du moteur Etm (démarrage ou non) et revoie en sortie une décision sur le débit du liquide de refroidissement à mettre en place dans le moteur De.
L'unité 6 de surveillance de la température de liquide reçoit en entrée la mesure de la température de liquide. Elle renvoie en sortie une décision sur le débit du liquide de refroidissement qui est soit celui déterminé par l'unité 4, 4' de décision soit un débit de sécurité correspondant au mode sécurité.
Les sorties des unités 4 (ou 4') et 6 sont envoyées à l'entrée d'une unité 7 de détermination du débit qui détermine le débit du liquide Qi de refroidissement à mettre en place selon ces informations et en fonction du régime moteur N{t).
En variante, une unité 8 de surveillance du temps passé depuis le démarrage peut être ajoutée comprenant un intégrateur de temps et qui renvoie le temps passé depuis le démarrage At. Sa sortie est envoyée à l'unité 7 de détermination du débit.
Le procédé selon l'invention n'est pas limité à une utilisation pour le contrôle du débit du liquide de refroidissement dans un moteur doté d'une pompe à eau électrique ; il peut être utilisé de manière avantageuse pour la détermination d'un seuil de mise en action d'une pompe à eau débrayable électromagnétique, pneumatique, par galet de friction ou associée à une vanne.
Un avantage de ce procédé est de ne pas avoir recours à d'autres capteurs que ceux déjà existant dans la plupart des moteurs avec une pompe à eau mécanique.
Un autre avantage de ce procédé est de pouvoir disposer des informations nécessaires à la mise en œuvre du procédé sur un réseau du calculateur moteur (couple régime, température).

Claims

Revendications
1. Procédé de contrôle de débit d'un liquide de refroidissement dans un moteur à combustion comprenant un carter et une pompe à eau, caractérisé en ce qu'une estimation d'une température matière, correspondant au point le plus chaud du carter, est réalisée à partir d'un calcul d'une énergie emmagasinée (E) calculée par une intégrale d'une puissance restituée (Peau(t)) correspondant à une puissance restituée au liquide de refroidissement si le liquide de refroidissement était mis en mouvement.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
- déterminer la puissance restituée (Peau(t)) à partir d'un régime moteur (N(t)) et d'une puissance du moteur (PME(t)).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à :
- déterminer une décision (De) sur le débit du liquide de refroidissement à partir de la puissance restituée (Peau(t)) et d'un état du moteur (Et1n).
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape consistant à déterminer une décision (De) sur le débit du liquide de refroidissement comprend les sous-étapes suivantes : - initialisation d'une première énergie seuil (EseUii) quand l'état du moteur
(Etm) correspond à un démarrage du moteur ;
- calcul de l'énergie emmagasinée (E) de manière itérative tant que l'énergie emmagasinée est en deçà de la première énergie seuil (Eseuii) à partir de la puissance emmagasinée ; et - arrêt du calcul de l'énergie emmagasinée (E) dès que l'énergie emmagasinée (E) atteint ou dépasse la première énergie seuil (Esemi).
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la décision (De) sur le débit du liquide de refroidissement est telle que :
- le liquide de refroidissement n'est pas mis en circulation tant que l'énergie emmagasinée (E) est en deçà de la première énergie seuil (Esemi) ; et
- le liquide de refroidissement est mis en circulation dès que l'énergie emmagasinée (E) atteint ou dépasse la première énergie seuil (Esemi).
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape consistant à déterminer une décision (De) sur le débit du liquide de refroidissement comprend, en outre, la sous-étape suivante :
- initialisation d'une deuxième énergie seuil intermédiaire (Eint) inférieure à la première énergie seuil (Esemi) quand l'état du moteur (Etm) correspond à un démarrage du moteur.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la décision (De) sur le débit du liquide de refroidissement est telle que :
- le liquide de refroidissement n'est pas mis en circulation tant que l'énergie emmagasinée (E) est en deçà de la deuxième énergie seuil intermédiaire (Eint) ; - le liquide de refroidissement est mis en circulation à un premier débit dès que l'énergie emmagasinée (E) atteint ou dépasse la deuxième énergie seuil intermédiaire (Eint) et tant qu'elle est en deçà de la première énergie seuil (Esemi) ; et
- le liquide de refroidissement est mis en circulation à un deuxième débit supérieur au premier débit dès que l'énergie emmagasinée (E) atteint ou dépasse la première énergie seuil (EseUii).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier mode sécurité consistant à mettre en circulation le liquide de refroidissement au moins à un troisième débit prédéterminé dès qu'une température de liquide (Teau) correspondant à la température du liquide de refroidissement dans le moteur atteint ou dépasse une température seuil (Tsemi).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième mode sécurité consistant à mettre en circulation le liquide de refroidissement au moins à un quatrième débit prédéterminé au bout d'un temps prédéterminé depuis le démarrage du moteur.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que l'initialisation de la première énergie seuil (Esemi) et, le cas échéant, de la deuxième énergie seuil intermédiaire (Eint) est réalisée en fonction d'une température du liquide de refroidissement dans le moteur au moment du démarrage de celui-ci.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'estimation de la température matière à partir de l'énergie emmagasinée est effectuée grâce à une table de correspondance énergie emmagasinée/température matière ; et en ce que cette table énergie emmagasinée/température matière est obtenue par apprentissage en régime de rotation déterminée et quand la puissance emmagasinée est stable.
12. Système pour le contrôle de débit de liquide de refroidissement, mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comprend : - un capteur de température du carter ;
- une unité de détermination (3) de la puissance emmagasinée à partir d'un régime moteur (N(t)) et d'un couple moteur (CMI(t)) ; et
- une unité de décision (4, 4') déterminant le débit du liquide de refroidissement en fonction de l'énergie emmagasinée (E).
13. Véhicule moteur comprenant le système selon la revendication précédente et mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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