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WO2007031670A1 - Procede de commande d'un groupe motopropulseur de vehicule comprenant deux circuits de refroidissement - Google Patents

Procede de commande d'un groupe motopropulseur de vehicule comprenant deux circuits de refroidissement Download PDF

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Publication number
WO2007031670A1
WO2007031670A1 PCT/FR2006/050857 FR2006050857W WO2007031670A1 WO 2007031670 A1 WO2007031670 A1 WO 2007031670A1 FR 2006050857 W FR2006050857 W FR 2006050857W WO 2007031670 A1 WO2007031670 A1 WO 2007031670A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
communication
engine
vehicle
setting
valve
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/050857
Other languages
English (en)
Inventor
Cedric Rouaud
Robert Yu
Original Assignee
Renault S.A.S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S filed Critical Renault S.A.S
Priority to EP06808295A priority Critical patent/EP1926625A1/fr
Priority to US12/066,763 priority patent/US8215427B2/en
Priority to JP2008530578A priority patent/JP4753996B2/ja
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Definitions

  • the invention relates to the control of powertrains of motor vehicles and in particular that of their cooling circuits.
  • hybrid vehicles are equipped with a power train comprising a heat engine, one or two electrical machines, electronic power components and a power battery.
  • the heat engine can be used to recharge the batteries via a generator and / or to tow or propel the vehicle. In the case where the engine only recharges the vehicle's batteries, it is called a hybrid series vehicle. In the case where the heat engine tows and / or propels the vehicle, it is called parallel hybrid vehicle.
  • the temperature level of the coolant electrotechnical organs (the one or more electrical machines and electronic power components) and the temperature level of the coolant of the engine are not the same.
  • the temperature of the coolant in order to improve the reliability of the electrotechnical components (in particular the power electronics), the temperature of the coolant must not exceed a threshold such as 70 ° C.
  • the coolant of the engine in order to improve the reliability of the electrotechnical components (in particular the power electronics), the temperature of the coolant must not exceed a threshold such as 70 ° C.
  • the coolant of the engine must not exceed a threshold such as 100 ° C. Therefore, it is interesting to use two cooling circuits in order to comply with the thermal specifications of the components of the hybrid powertrain, namely a low temperature circuit for the electrotechnical organs and a high temperature circuit for the engine.
  • Document JP-2004 07 66 03 discloses a vehicle in which the two cooling circuits associated respectively with the heat engine and the electric motor can be placed in fluid communication in the event of failure of the pump of one of the circuits.
  • the setting in communication is limited to this abnormal circumstance.
  • An object of the invention is to improve the operation of the powertrains, particularly but not exclusively in the case of hybrid vehicles to improve the cooling of the thermal engine in thermal mode and also to improve the temperature rise of the engine and the heating of the cockpit.
  • a method for controlling a vehicle powertrain in which two or more normally functioning cooling circuits are connected to each other or connected by means of at least one valve. a heat engine and at least one electrical member.
  • normal operation is meant a fault-free operation of the members of each circuit.
  • the electrical member or one of the electrical members comprises a motor; - the setting is made or maintained in communication when the vehicle moves by means of the single electric motor, for example during a cold start, when heating the cabin is requested, or when engine cooling thermal and / or turbocharger is required;
  • the setting or keeping in communication is carried out when the vehicle moves simultaneously by means of the thermal and electric engines, for example during a cold start;
  • the setting or holding is made in communication when the vehicle moves by means of the single heat engine, for example when a temperature of a liquid of the circuit associated with the heat engine exceeds a predetermined threshold;
  • the interruption is carried out or maintained when the vehicle moves by means of the single heat engine, for example during a cold or hot start or during a hot run;
  • the interruption is carried out or maintained when the vehicle moves simultaneously by means of the thermal and electrical engines, for example when a liquid in the circuit associated with the heat engine exceeds a second predetermined threshold.
  • the invention also provides a vehicle comprising:
  • Two cooling circuits respectively associated with a heat engine and at least one electrical member; and at least one circuit communication valve, the control means being arranged to control the putting into or keeping in communication of the circuits operating in a normal manner.
  • the vehicle according to the invention may also have at least one of the following characteristics: the number of valves is less than or equal to two; and
  • FIG. schematic view of the cooling circuits in a vehicle according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows the different positions of the valve forming part of the circuit of Figure 1;
  • FIGS. 3 to 8 show the circuits of FIG. 1 in other operating circumstances.
  • Figure 9 is a diagram similar to that of Figure 1 showing an alternative embodiment.
  • the vehicle comprises a heat engine 2 associated with a cooling circuit 4.
  • This circuit comprises a pump to water 6 is mechanical and driven by the engine or electric.
  • the circuit 4 contains a cooling radiator 8 called high temperature radiator or heat radiator.
  • the circuit 4 also comprises a heater 10 or heating radiator of the passenger compartment.
  • This same circuit comprises in this case a thermostat 12 in the form of a wax thermostat, a controlled thermostat or a controlled valve, for regulating the temperature of the coolant circulating in the circuit 4.
  • the circuit may comprise other conventional members according to the technical definition of the engine and whether it is a spark ignition engine or spontaneous ignition. These organs will be for example:
  • the circuit includes a circuit filling and degassing jar not shown. It also possibly includes one of the two electrical machines 16 for example the generator.
  • the powertrain comprises in addition to the electric machine 16 a second electrical machine 18 such as a motor and electronic power components 20 and 22.
  • a cooling circuit 24 separate from the circuit 4 is associated with these elements. It is a so-called low temperature circuit which comprises:
  • a cooling radiator 26 called a low-temperature radiator or an electric radiator
  • the heater 10 As an optional jar 30 degassing.
  • the heater 10, the electrical machine 16, the exchanger 14 and the radiator 8 are arranged in parallel with the branch carrying the heat engine 2 and the pump 6.
  • the two circuits 4 and 24 are in fluid communication.
  • a first communication conduit 32 connects a point located on the low temperature circuit 24 between the jar 30 and the radiator 26 at the end of the branch carrying the heater 10 in the high temperature circuit 4. It s is a flow conduit for passing the liquid from the circuit 24 to the circuit 4.
  • a return conduit 33 is provided parallel to the other end of the branch carrying the heater in the circuit 4, and causing the liquid to a point located between the radiator 26 and the power component 22.
  • a three-way valve V2 40 is positioned in the circuit 24 at the intersection between the forward conduit 32 and this circuit.
  • the cooling liquid used in these two circuits is here a mixture of water and ethylene glycol or any other liquid whose thermophysical properties are close to this mixture.
  • the engine is a spontaneous ignition engine requiring the use of a recirculated coolant / recirculated exhaust gas exchanger 14. But this is only an example.
  • - Electric mode the vehicle is powered and / or towed by the electric motor 18 without the intervention of the engine
  • - Thermal mode the vehicle is powered and / or towed by means of the single engine, without the intervention of the electric motor
  • - Hybrid mode the vehicle is propelled and / or towed by means of both the thermal and electric engines.
  • FIG. 1 This operating circumstance corresponds to FIG. 1.
  • the valve 40 is controlled so that it closes the access to the low-temperature radiator 26.
  • the circulation of the liquid is then effected according to the arrows indicated in FIG. 1.
  • the liquid travels in this order the components 22, 20, 18, 28, 30 then crosses the valve 40 to pass through the conduit 32. It then goes through the different branches of the circuit 4 except for the radiator 8 and returns to the circuit 24 at means of the conduit 33.
  • the power dissipated by the electrotechnical devices can improve the temperature rise of the engine and dissipate a thermal power at the heater in case a request for o heating of the passenger compartment is made.
  • This mode corresponds to that of FIG. 3.
  • the two mechanical and electric pumps 6 and 6 operate.
  • the communication between the high and low temperature circuits is put in place and / or maintained since it again makes it possible to use the power dissipated by the electrotechnical components in order to improve the rise in temperature of the coolant and the engine. It 0 also improves the rise in temperature of the cabin via the power dissipated to the heater during a heating demand.
  • the valve V2 closes the access to the low temperature radiator and is thus as for Figure 1 in position 1.
  • the thermostat 12 of the high temperature circuit opens so that the coolant is cooled at the heat sink.
  • the opening of the thermostat is around 85 or 90 ° C.
  • the thermostat is in a controlled configuration in which case its opening temperature may be higher. It will for example be set at 110 ° C for a power demand to the low motor shaft.
  • This thermostat can also be replaced by a pilot valve. In such circumstances, the valve 40 is placed so that the interruption of communication between the two circuits is realized or maintained. The valve is therefore here again in position 3.
  • Mode 5 - Rolling in thermal mode very hot liquid
  • This mode illustrated in Figure 6 corresponds for example to the case where the liquid in the high temperature circuit is at about 100 ° C.
  • a threshold such as 90 or 95 ° C.
  • Running in a very hot thermal mode is performed when the vehicle is only powered or towed by the engine and the electrotechnical organs do not work. During this mode of running, the heat engine dissipates a lot of thermal power to the coolant, for example 6OkW. Since electrotechnical devices do not work, they do not need cooling. This is why it is made that the electric radiator 26 then helps the cooling of the engine.
  • the position of the valve is the position 2 so that the liquid coming from the circuit 4 through the return duct 33 is conveyed integrally in the electric radiator 26 and is then directed by the valve in the forward duct 32.
  • the operating mode can be met by high temperature or for particularly high demands on the power of the heat engine shaft, in particular with a high forward speed.
  • the temperature in the passenger compartment decreases rapidly because the power dissipated at the level of the heater to the cabin uses only the stored energy within the volume of water included in this unit heater. If a coolant flow is maintained in the cooling circuit by the electric water pump of the low temperature circuit, the thermal comfort is maintained much longer. Specifically, during a prolonged stop of the vehicle while the driver or passengers remain in the vehicle, the circulation of liquid generated by the operation of the electric water pump can maintain comfort in the passenger compartment for example for thirty minutes by -20 ° C outside temperature. Conversely, without circulation of water at the end of the engine and the vehicle, the comfort would be maintained for only five minutes.
  • a circulation of water within the engine limits the thermomechanical stresses within it.
  • the circulation of the coolant makes it possible to reduce the temperature of the engine without there being any boiling phenomenon located within the cylinder head or the engine block.
  • post cooling It is the same for the engine of the engine such as turbocharger bearings that require post cooling after a ride where the engine was very stressed.
  • FIG. 9 illustrates an alternative embodiment of the invention.
  • the valve 40 is a two-way valve positioned between the upstream end of the forward duct 32 and optionally the electric heater 26 or the jar 30.
  • an additional valve V1 42 positioned on the duct. return 33.
  • This last valve is an all-or-nothing valve.
  • the invention has many advantages. It helps the cooling of the thermal engine in thermal rolling beyond, for example, a speed threshold of the vehicle such as 130 km / h. It uses the power dissipated by the electrotechnical organs to improve the temperature rise of the engine, the passenger compartment or any other organ that needs to reach a high operating temperature as quickly as possible.
  • This is, for example, a heat engine / coolant lubricating oil exchanger, a gearbox / coolant lubricating oil exchanger, a recirculated exhaust gas / liquid exchanger. cooling or heat exchanger air intake of the engine / coolant. This action reduces pollutant emissions (especially HC and CO) and fuel consumption.
  • the invention makes it possible to reduce the operating time and the cost of the additional electric water pump dedicated to the cooling of the electrotechnical organs.
  • the electrical contacts of a pump as well as other electric motors are provided by brushes or coals. These components are cheap but their duration of life is limited. We know a brushless technology that has a longer life but whose cost is twice as high. It is therefore interesting to operate the pump as little as possible so that it consumes less and also for its low cost. Thus the coupling of the high temperature circuit and the low temperature circuit makes it possible to satisfy all the needs mentioned above.
  • the invention can be implemented including high and low temperature cooling circuits coupled together, for example on conventional vehicles, for applications such as charge air cooling, recirculated exhaust gases, and water / oil exchangers for the engine or gearbox. Indeed, the coupling of two circuits improves the rise in temperature of the engine and the passenger compartment.

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Abstract

Dans le procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule, on met ou on maintient en communication au moyen d'au moins une vanne (40) deux circuits (4, 24) de refroidissement fonctionnant de façon normale et associés respectivement à un moteur thermique (2) et à au moins un organe électrique (18, 20, 22).

Description

L'invention concerne la commande des groupes motopropulseurs de véhicules automobiles et en particulier celle de leurs circuits de refroidissement.
On sait que les véhicules hybrides sont équipés d'un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, une ou deux machines électriques, des composants électroniques de puissance et une batterie de puissance.
Le moteur thermique peut être utilisé pour recharger les batteries via un générateur et/ou pour tracter ou propulser le véhicule. Dans le cas où le moteur thermique recharge uniquement les batteries du véhicule, on parle de véhicule hybride série. Dans le cas où le moteur thermique tracte et/ou propulse le véhicule, on parle de véhicule hybride parallèle.
Quelle que soit l'architecture reliant le moteur thermique et la ou les machines électriques, il est nécessaire de refroidir le moteur thermique, la ou les machines électriques et les composants électroniques de puissance.
Cependant, le niveau de température du liquide de refroidissement des organes électrotechniques (la ou les machines électriques et les composants électroniques de puissance) et le niveau de température du liquide de refroidissement du moteur thermique ne sont pas les mêmes. En effet, afin d'améliorer la fiabilité des organes électrotechniques (notamment de l'électronique de puissance), la température du liquide de refroidissement ne doit pas dépasser un seuil tel que 70°C. Et de manière conventionnelle, le liquide de refroidissement du moteur thermique ne doit pas quant à lui excéder un seuil tel que 100°C. Par conséquent, il est intéressant d'utiliser deux circuits de refroidissement afin de respecter le cahier des charges thermiques des organes du groupe motopropulseur hybride, à savoir un circuit à basse température pour les organes électrotechniques et un circuit à haute température pour le moteur thermique. L'utilisation de deux circuits de refroidissement totalement séparés ou en contact via un bocal de dégazage oblige à faire fonctionner en permanence une pompe à eau électrique additionnelle augmentant alors la consommation électrique du véhicule, la durée de vie de la pompe électrique et son coût. Il oblige aussi à utiliser dans certains cas deux bocaux de dégazage. On rappelle aussi que pour les moteurs thermiques équipés d'un turbocompresseur, il est devenu courant d'utiliser une pompe à eau électrique afin de refroidir les paliers du turbocompresseur lors de l'arrêt du moteur thermique. Il est aussi nécessaire d'utiliser une pompe à eau électrique sur un véhicule hybride pour le maintien du confort au sein de l'habitacle lors de l'arrêt du moteur thermique lorsque le véhicule est arrêté ou lorsque l'on roule en mode électrique.
On connaît du document JP-2004 07 66 03 un véhicule dans lequel les deux circuits de refroidissement associés respectivement au moteur thermique et au moteur électrique peuvent être mis en communication de fluide en cas de défaillance de la pompe de l'un des circuits. La mise en communication est limitée à cette circonstance anormale.
Un but de l'invention est d'améliorer le fonctionnement des groupes motopropulseurs, en particulier mais non exclusivement dans le cas des véhicules hybrides pour améliorer le refroidissement du moteur thermique en mode thermique et aussi améliorer la montée en température du moteur thermique et du chauffage de l'habitacle.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule, dans lequel on met ou on maintient en communication au moyen d'au moins une vanne deux circuits de refroidissement fonctionnant de façon normale et associés respectivement à un moteur thermique et à au moins un organe électrique.
On entend par fonctionnement normal un fonctionnement sans défaillance des organes de chaque circuit.
Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes :
- l'organe électrique ou l'un des organes électriques comprend un moteur ; - on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur électrique, par exemple lors d'un démarrage à froid, lorsqu'un chauffage de l'habitacle est demandé, ou lorsqu'un refroidissement du moteur thermique et/ou d'un turbocompresseur est demandé ;
- on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace simultanément au moyen des moteurs thermique et électrique, par exemple lors d'un démarrage à froid ;
- on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur thermique, par exemple lorsqu'une température d'un liquide du circuit associé au moteur thermique dépasse un seuil prédéterminé ;
- on interrompt ensuite la communication ;
- on effectue ou on maintient l'interruption lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur thermique, par exemple lors d'un démarrage à froid ou à chaud ou lors d'un roulage à chaud ; et
- on effectue ou on maintient l'interruption lorsque le véhicule se déplace simultanément au moyen des moteurs thermique et électrique, par exemple lorsqu'un liquide dans le circuit associé au moteur thermique dépasse un deuxième seuil prédéterminé.
On prévoit également selon l'invention un véhicule comprenant :
- des moyens de commande ;
- deux circuits de refroidissement associés respectivement à un moteur thermique et à au moins un organe électrique ; et - au moins une vanne de mise en communication des circuits, les moyens de commande étant agencés pour commander la mise ou le maintien en communication des circuits fonctionnant de façon normale.
Le véhicule selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - le nombre de vannes est inférieur ou égal à deux ; et
- la vanne ou l'une au moins des vannes est une vanne à trois positions. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation et d'une variante donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique des circuits de refroidissement dans un véhicule selon un mode préféré de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 montre les différentes positions de la vanne faisant partie du circuit de la figure 1 ;
- les figures 3 à 8 présentent les circuits de la figure 1 dans d'autres circonstances de fonctionnement ; et
- la figure 9 est un schéma analogue à celui de la figure 1 présentant une variante de réalisation.
On a illustré un mode préféré de réalisation d'un véhicule selon l'invention à la figure 1. Sur celle-ci, on observe que le véhicule comprend un moteur thermique 2 associé à un circuit de refroidissement 4. Ce circuit comprend une pompe à eau 6 soit mécanique et entraînée par le moteur thermique, soit électrique. Le circuit 4 contient un radiateur de refroidissement 8 appelé radiateur haute température ou radiateur thermique. Le circuit 4 comprend également un aérotherme 10 ou radiateur de chauffage de l'habitacle. Ce même circuit comprend en l'espèce un thermostat 12 sous la forme d'un thermostat à cire, d'un thermostat piloté ou encore d'une vanne pilotée, permettant de réguler la température du liquide de refroidissement circulant dans le circuit 4. Le circuit peut comprendre d'autres organes conventionnels selon la définition technique du moteur thermique et selon qu'il s'agit d'un moteur à allumage commandé ou à allumage spontané. Ces organes seront par exemple :
- un échangeur liquide de refroidissement / huile de lubrification du moteur thermique ;
- un échangeur liquide de refroidissement / huile de lubrification de la boîte de vitesse ; ou
- un échangeur liquide de refroidissement / gaz d'échappement recirculé 14, - les paliers de turbocompresseur,
- le boîtier de papillon motorisé.
Le circuit comprend un bocal de remplissage du circuit et de dégazage non illustré. Il comprend également éventuellement une des deux machines électriques 16 par exemple le générateur.
Le groupe motopropulseur comprend en plus de la machine électrique 16 une deuxième machine électrique 18 telle qu'un moteur ainsi que des composant électroniques de puissance 20 et 22. Un circuit de refroidissement 24 distinct du circuit 4 est associé à ces éléments. Il s'agit d'un circuit dit basse température qui comporte :
- un radiateur de refroidissement 26 appelé radiateur basse température ou radiateur électrique ;
- une pompe à eau électrique 28 ; et
- à titre optionnel un bocal 30 de dégazage. Dans le circuit haute température 4, l'aérotherme 10, la machine électrique 16, l'échangeur 14 et le radiateur 8 sont disposés en parallèle avec la branche portant le moteur thermique 2 et la pompe 6.
Dans le circuit basse température 24, tous les composants qui ont été présentés sont disposés en série dans une boucle unique. Ces deux circuits sont appelés circuits de refroidissement mais il est plus rigoureux de les appeler circuit de refroidissement ou de réchauffage car on verra qu'ils permettent aussi de réchauffer certains organes.
Conformément à l'invention, les deux circuits 4 et 24 sont en communication de fluide. En l'espèce, un premier conduit de communication 32 relie un point situé sur le circuit basse température 24 entre le bocal 30 et le radiateur 26 à l'extrémité de la branche portant l'aérotherme 10 dans le circuit haute température 4. Il s'agit d'un conduit aller permettant de faire passer le liquide du circuit 24 au circuit 4. Un conduit retour 33 est prévu parallèlement, à l'autre extrémité de la branche portant l'aérotherme dans le circuit 4, et amenant le liquide à un point situé entre le radiateur 26 et le composant de puissance 22. En outre, une vanne V2 40 à trois voies est positionnée dans le circuit 24 à l'intersection entre le conduit aller 32 et ce circuit.
Les trois positions que peut occuper l'élément mobile de cette vanne ont été illustrées en détail à la figure 2. Ainsi pour passer de la position 1 à la position 2, une rotation de 180° de cet élément est nécessaire. Pour passer de la position 2 à la position 3, une rotation de 90° dans le même sens suffit puis une nouvelle rotation de 90° dans le même sens permet de replacer cet élément en position 1.
Dans la position 1 , la communication en direction du radiateur 26 est coupée. En position 2, c'est la communication en provenance du bocal qui l'est. En position 3, c'est le cas pour la communication avec le conduit 32. La communication entre les deux autres conduits est à chaque fois autorisée.
Le liquide de refroidissement utilisé dans ces deux circuits est ici un mélange d'eau et d'éthylène glycol ou tout autre liquide dont les propriétés thermophysiques sont proches de ce mélange.
Naturellement, d'autres organes que ceux qui ont été présentés peuvent être intégrés aux circuits basse température et haute température.
Dans le présent exemple, le moteur thermique est un moteur à allumage spontané nécessitant l'utilisation d'un échangeur 14 liquide de refroidissement / gaz d'échappement recirculé. Mais il ne s'agit ici que d'un exemple.
On va maintenant décrire différentes circonstances de fonctionnement du moteur et les configurations des circuits correspondantes telles qu'elles sont commandées par l'ordinateur de bord du véhicule conformément au procédé de l'invention.
On retient les définitions suivantes pour les différents modes de fonctionnement :
- mode électrique : le véhicule est propulsé et/ou tracté grâce au moteur électrique 18 sans l'intervention du moteur thermique ; - mode thermique : le véhicule est propulsé et/ou tracté au moyen du seul moteur thermique, sans donc l'intervention du moteur électrique ; et - mode hybride : le véhicule est propulsé et/ou tracté au moyen simultanément des moteurs thermique et électrique.
Mode 1 - Roulage en mode électrique lors d'un démarrage à froid
5
Cette circonstance de fonctionnement correspond à la figure 1. Lors d'un roulage en mode électrique, parmi les deux pompes, seule la pompe à eau électrique 28 du circuit basse température 24 fonctionne puisque le moteur thermique 2 et sa pompe 6 sont à l'arrêt. Dans ce cas, on commande 0 la vanne 40 de sorte qu'elle ferme l'accès au radiateur basse température 26. La circulation du liquide se fait alors suivant les flèches indiquées à la figure 1. En d'autres termes, le liquide parcourt dans cet ordre les composants 22, 20, 18, 28, 30 puis traverse la vanne 40 pour passer dans le conduit 32. Il parcourt ensuite les différentes branches du circuit 4 à 5 l'exception du radiateur 8 et revient dans le circuit 24 au moyen du conduit 33. Ainsi, lors d'un démarrage à froid du véhicule en mode électrique, la puissance dissipée par les organes électrotechniques permet d'améliorer la montée en température du moteur thermique et de dissiper une puissance thermique au niveau de l'aérotherme dans le cas où une demande de o chauffage de l'habitacle est faite.
Mode 2 - Roulage en mode hybride lors d'un démarrage à froid
Ce mode correspond à celui de la figure 3. Lors d'un roulage en mode 5 hybride, les deux pompes mécanique 6 et électrique 28 fonctionnent. La communication entre les circuits haute et basse température est mise en place et/ou maintenue puisqu'elle permet là encore d'utiliser la puissance dissipée par les organes électrotechniques afin d'améliorer la montée en température du liquide de refroidissement et du moteur thermique. Elle 0 permet aussi d'améliorer la montée en température de l'habitacle via la puissance dissipée à l'aérotherme lors d'une demande de chauffage. Comme précédemment, la vanne V2 ferme l'accès au radiateur basse température et se trouve donc comme pour la figure 1 en position 1.
Mode 3 - Roulage en mode thermique lors d'un démarrage à froid
Dans ce mode illustré à la figure 4, en mode thermique et démarrage à froid, parmi les deux pompes, seule la pompe à eau mécanique 6 fonctionne. Les composants électrotechniques 18, 20 et 22 ne fonctionnent pas. On place ou on maintient donc la vanne en position 3 de sorte qu'elle ferme l'accès au conduit aller 32. Dans ces conditions, la communication de fluide entre les deux circuits est interrompue. Le moteur thermique s'échauffe seul comme cela se produit sur une chaîne de traction ou de propulsion d'un véhicule conventionnel c'est-à-dire non hybride.
Mode 4 - Roulage en mode thermique avec un liquide chaud
Dans ce mode illustré à la figure 5, le thermostat 12 du circuit haute température s'ouvre pour que le liquide de refroidissement soit refroidi au niveau du radiateur thermique. Concrètement, on peut prévoir que l'ouverture du thermostat se fait aux environs de 85 ou 90°C. Mais il est possible que le thermostat soit dans une configuration pilotée auquel cas sa température d'ouverture peut être plus élevée. Elle sera par exemple fixée à 110°C pour une demande de puissance à l'arbre moteur faible. Ce thermostat peut aussi être remplacé par une vanne pilotée. Dans de telles circonstances, on place la vanne 40 de sorte que l'interruption de communication entre les deux circuits est réalisée ou maintenue. La vanne se trouve donc ici encore en position 3.
Mode 5 - Roulage en mode thermique, liquide très chaud Ce mode illustré à la figure 6 correspond par exemple au cas où le liquide dans le circuit haute température est à environ 100°C. On prévoira par exemple que la température du liquide dépasse un seuil tel que 90 ou 95 °C. Le roulage en mode thermique très chaud est réalisé lorsque le véhicule est uniquement propulsé ou tracté par le moteur thermique et que les organes électrotechniques ne fonctionnent pas. Durant ce mode de roulage, le moteur thermique dissipe beaucoup de puissance thermique au liquide de refroidissement, par exemple 6OkW. Etant donné que les organes électrotechniques ne fonctionnent pas, ils n'ont pas besoin de refroidissement. C'est pourquoi on fait en sorte que le radiateur électrique 26 aide alors au refroidissement du moteur thermique. Pour cela, la position de la vanne est la position 2 de sorte que le liquide venant du circuit 4 par le conduit de retour 33 est acheminé intégralement dans le radiateur électrique 26 puis est dirigé par la vanne dans le conduit aller 32. Une telle circonstance de fonctionnement peut se rencontrer par température élevée ou pour des demandes de puissance à l'arbre du moteur thermique particulièrement importantes, notamment en vitesse d'avancement élevée.
Mode 6 - Roulage en mode hybride avec liquide chaud ou très chaud
Ce mode correspond à la figure 7. Lors d'un roulage en mode hybride avec un liquide chaud ou très chaud, il faut que les deux radiateurs thermique et électrique soit dimensionnés pour pouvoir dissiper la puissance fournie par le moteur thermique et les organes électrotechniques. Les deux circuits de refroidissement sont alors totalement séparés par la vanne 40 qui est positionnée en position 3 afin de ne pas permettre de communication de fluide entre les circuits. On définira naturellement un ou plusieurs seuils de température adaptés pour permettre aux moyens de commande de placer la vanne dans cette position lorsque ce seuil de température est franchi par le liquide du circuit haute température. Mode 7 - Roulage en mode électrique avec maintien du confort dans l'habitacle et refroidissement à l'arrêt du moteur thermique, des paliers de turbocompresseur et du véhicule
II s'agit du cas de la figure 8. Lorsque le véhicule est arrêté après un roulage pendant lequel le confort thermique au sein de l'habitacle a été atteint, la mise en communication des circuits basse température et haute température au moyen de la vanne permet d'utiliser une seule pompe à eau électrique telle que celle 28 du circuit basse température pour maintenir le confort dans l'habitacle. La vanne est donc positionnée en position 1.
En effet, lorsque le moteur thermique s'arrête, alors qu'un niveau de confort prédéterminé était maintenu au sein de l'habitacle via la puissance thermique dissipée au niveau de l'aérotherme, la température au sein de l'habitacle diminue rapidement car la puissance dissipée au niveau de l'aérotherme vers l'habitacle n'utilise que l'énergie stockée au sein du volume d'eau compris dans cet aérotherme. Si un débit de liquide de refroidissement est maintenu dans le circuit de refroidissement grâce à la pompe à eau électrique du circuit basse température, le confort thermique est maintenu beaucoup plus longtemps. Concrètement, lors d'un arrêt prolongé du véhicule alors que le conducteur ou les passagers restent dans le véhicule, cette circulation de liquide engendrée par le fonctionnement de la pompe à eau électrique permet de maintenir le confort dans l'habitacle par exemple pendant trente minutes par -20°C de température extérieure. A l'inverse, sans circulation d'eau à l'arrêt du moteur thermique et du véhicule, le confort ne serait maintenu que pendant cinq minutes environ.
De plus, une circulation d'eau au sein du moteur thermique, après un roulage, permet de limiter les contraintes thermomécaniques au sein de celui-ci. En effet, la circulation du liquide de refroidissement permet de diminuer la température du moteur sans qu'il y ait de phénomène d'ébullition localisé au sein de la culasse ou du bloc moteur. On rappelle que l'énergie emmagasinée par le moteur est très importante lors d'un roulage. On parle alors de post refroidissement. Il en est de même pour des organes du moteur thermique tels que les paliers du turbocompresseur qui nécessitent un post refroidissement après un roulage où le moteur était très sollicité.
Variante
On a illustré à la figure 9 une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, la vanne 40 est une vanne à deux voies positionnée entre l'extrémité amont du conduit aller 32 et au choix le radiateur électrique 26 ou le bocal 30. De plus, on prévoit une vanne supplémentaire V1 42 positionnée sur le conduit de retour 33. Cette dernière vanne est une vanne tout ou rien. Les configurations qui viennent d'être présentées dans les différents modes peuvent être mises en œuvre avec cette variante au moyen des deux vannes.
L'invention présente de nombreux avantages. Elle aide le refroidissement du moteur thermique en roulage thermique au-delà, par exemple, d'un seuil de vitesse du véhicule tel que 130 km/h. Elle utilise la puissance dissipée par les organes électrotechniques pour améliorer la montée en température du moteur thermique, de l'habitacle ou de tout autre organe nécessitant d'atteindre une température de fonctionnement élevée le plus rapidement possible. Il s'agit par exemple d'un échangeur huile de lubrification du moteur thermique / liquide de refroidissement, d'un échangeur huile de lubrification de la boîte de vitesse / liquide de refroidissement, d'un échangeur gaz d'échappement recirculé / liquide de refroidissement ou d'un échangeur air admission du moteur thermique / liquide de refroidissement. Cette action permet de réduire les émissions de polluant (notamment de HC et de CO) et la consommation de carburant. Ainsi, elle permet d'utiliser les calories dissipées par les organes électrotechniques afin d'améliorer la montée en température du moteur thermique ou de l'habitacle (via l'aérotherme) lorsque l'on roule en mode électrique et que le moteur thermique n'a pas été mis en route depuis une longue durée, par exemple six heures.
L'invention permet de diminuer la durée de fonctionnement et le coût de la pompe à eau électrique additionnelle dédiée au refroidissement des organes électrotechniques.
Elle élimine le deuxième bocal de dégazage dédié au circuit basse température dans l'art antérieur.
Elle permet d'utiliser une seule pompe à eau électrique additionnelle intégrée au sein du circuit basse température pour, lors de l'arrêt du moteur thermique, le refroidissement d'organes sensibles, pour maintenir une circulation d'eau au sein du moteur thermique pour son post refroidissement, voire encore le maintien du confort thermique au sein de l'habitacle.
En arrêt au feu moteur coupé (type « stop and start »), une circulation d'eau de l'aérotherme et du moteur thermique permet de maintenir le confort thermique.
La coupure du moteur après une phase de roulage relativement sévère (comme un arrêt à un péage contact coupé) provoque une surchauffe du moteur et peut même endommager le palier du turbocompresseur et accélérer le vieillissement de l'huile de lubrification. Dès lors, il est très bénéfique que la circulation de l'eau puisse être assurée par la pompe électrique lorsque le moteur est coupé. Sur les moteurs de forte puissance, le refroidissement nécessite un radiateur relativement gros qui est difficilement intégrable sur le véhicule. Dès lors, il est intéressant de pouvoir mettre à disposition du refroidissement du moteur thermique le radiateur des composants électrotechniques.
Les contacts électriques d'une pompe tout comme les autres moteurs électriques (démarreur, balai d'essuie-glace, etc.) sont assurés par des balais ou charbons. Ces composants sont bon marché mais leur durée de vie est limitée. On connaît une technologie sans balai qui a une durée de vie plus importante mais dont le coût est deux fois plus élevé. Il est donc intéressant de faire fonctionner la pompe le moins possible pour qu'elle consomme moins et aussi pour son faible coût. Ainsi le couplage du circuit haute température et du circuit basse température permet de satisfaire à l'ensemble des besoins cités ci-dessus.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.
On peut mettre en œuvre l'invention comprenant des circuits de refroidissement haute et basse température couplés entre eux, par exemple sur des véhicules conventionnels, pour des applications comme le refroidissement de l'air de suralimentation, des gaz d'échappement recirculés, et des échangeurs eau/huile pour le moteur thermique ou la boîte de vitesse. En effet, le couplage de deux circuits améliore la montée en température du moteur et de l'habitacle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un groupe motopropulseur de véhicule, caractérisé en ce qu'on met ou on maintient en communication de fluide au moyen d'au moins une vanne (40, 42) deux circuits (4, 24) de refroidissement fonctionnant de façon normale et associés respectivement à un moteur thermique (2) et à au moins un organe électrique (18, 20, 22).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe électrique ou l'un des organes électriques comprend un moteur (18).
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur électrique (18).
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lors d'un démarrage à froid.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsqu'un chauffage de l'habitacle est demandé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsqu'un refroidissement du moteur thermique et/ou d'un turbocompresseur est demandé.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace simultanément au moyen des moteurs thermique (2) et électrique (18).
06.09.06
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lors d'un démarrage à froid.
9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur thermique (2).
10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue la mise ou le maintien en communication lorsqu'une température d'un liquide du circuit (4) associé au moteur thermique (2) dépasse un seuil prédéterminé.
1 1. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on interrompt ensuite la communication.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue ou on maintient l'interruption lorsque le véhicule se déplace au moyen du seul moteur thermique (2).
13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue ou on maintient l'interruption lors d'un démarrage à froid.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisé en ce qu'on effectue ou on maintient l'interruption lors d'un roulage à chaud.
15. Procédé selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'on effectue ou on maintient l'interruption lorsque le véhicule se déplace simultanément au moyen des moteurs thermique (2) et électrique (18).
06.09.06
16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on effectue ou on maintient l'interruption lorsqu'un liquide dans le circuit associé au moteur thermique (2) dépasse un deuxième seuil prédéterminé.
17. Véhicule comprenant :
- des moyens de commande ;
- deux circuits de refroidissement (4, 24) associés respectivement à un moteur thermique (2) et à au moins un organe électrique (18, 20, 22) ; et - au moins une vanne (40, 42) de mise en communication des circuits, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour commander la mise ou le maintien en communication des circuits fonctionnant de façon normale.
18. Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le nombre de vannes est inférieur ou égal à deux.
19. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que la vanne (40) ou l'une au moins des vannes est une vanne à trois positions.
06.09.06
PCT/FR2006/050857 2005-09-13 2006-09-07 Procede de commande d'un groupe motopropulseur de vehicule comprenant deux circuits de refroidissement WO2007031670A1 (fr)

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