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Title:
EXPANSION DEVICE AND A METHOD FOR CONTROLLING THE EXPANSION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/239760
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling an expansion device (10) for a refrigerant fluid, the expansion device (10) comprising: - a body (1) defining a circulation duct (2), - a movable shutter (3) configured to change a cross-section of flow of the refrigerant fluid in the duct (2), - an electric motor (4) kinematically linked to the shutter (3), - an electronic module (5) configured to receive a position instruction from the shutter (3) and to control the electric motor (4) such that the shutter (3) fulfils the position instruction, the shutter (3) being movable between a minimum open position (A_min) and a maximum open position (A_max), the difference between the maximum open position (A_max) and the minimum open position (A_min) defining a maximum stroke (C) of the shutter (3), the control method comprising the steps of: - receiving, during switch-on, a stored value (M) from a stop position of the shutter (3) (step 50), - determining an instruction to move (D) the shutter (3) to the minimum open position (A_min), the movement instruction (D) being equal to the sum of the stored value (M) of the stop position and a safety factor (S) between 1% of the maximum stroke (C) and 15% of the maximum stroke (C) (step 51), - instructing the electric motor (4) to carry out the instruction to move (D) the shutter (3), so as to move the shutter (3) to the minimum open position (A_min) (step 52).

Inventors:
EL CHAMMAS RODY (FR)
LIU JINMING (FR)
NOUAINIA WISSEM (FR)
PORTO MURIEL (FR)
Application Number:
PCT/EP2021/063956
Publication Date:
December 02, 2021
Filing Date:
May 26, 2021
Export Citation:
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Assignee:
VALEO SYSTEMES THERMIQUES (FR)
International Classes:
F25B49/02; F25B5/04; F25B6/04; F25B40/00; F25B41/31; F25B41/35
Foreign References:
DE112015004446T52017-07-20
EP2136162A22009-12-23
FR2800125A12001-04-27
Attorney, Agent or Firm:
ASSOCIATION OF REPRESENTATIVES VALEO SYSTEMES THERMIQUES (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

[Revendication 1 ] Procédé de contrôle d’un dispositif de détente (10) pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente (10) comportant :

- un corps (1) définissant un conduit (2) de circulation de fluide réfrigérant,

- un obturateur (3) mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit (2),

- un moteur électrique (4) cinématiquement lié à l’obturateur (3),

- un module électronique (5) configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur (3) et pour commander le moteur électrique (4) de façon à ce que l’obturateur (3) atteigne la consigne de position, l’obturateur (3) étant mobile entre une position d’ouverture minimale (A_min) dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale (A_max) dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale (A_max) et la position d’ouverture minimale (A_min) définissant une course maximale (C) de l’obturateur (3), le procédé de contrôle comportant les étapes :

- à la mise sous tension du dispositif de détente (10), recevoir une valeur mémorisée (M) d’une position d’arrêt de l’obturateur (3) (étape 50),

- déterminer une consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3) vers la position d’ouverture minimale (A_min), la consigne de déplacement (D) étant égale à la somme de la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité (S), le facteur de sécurité (S) étant compris entre 1% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) et 15% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) (étape 51),

- commander le moteur électrique (4) pour réaliser la consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3), de façon à amener l’obturateur (3) à la position d’ouverture minimale (A_min) (étape 52).

[Revendication 2] Procédé de contrôle selon la revendication 1 , dans lequel le facteur de sécurité (S) est compris entre 2% de la course maximale (C) de l’obturateur (3) et 10% de la course maximale (C) de l’obturateur (3), de préférence égal à 5% de la course maximale (C) de l’obturateur (3). [Revendication 3] Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, comportant étape :

- A la mise hors tension du dispositif de détente (10), mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur (3) (étape 53).

[Revendication 4] Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la position d’arrêt de l’obturateur (3) est mémorisée par une unité électronique de contrôle (7) extérieure au dispositif de détente (10). [Revendication 5] Procédé de contrôle selon la revendication précédente, dans lequel la position d’arrêt de l’obturateur (3) est communiquée à l’unité électronique de contrôle (7) par un protocole de communication digitale. [Revendication 6] Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de détente (10) comporte un capteur (8) de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique (4), le procédé de contrôle comportant les étapes :

- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique (4) (étape 54),

- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique (4) pour atteindre la consigne de déplacement (D) de l’obturateur (3) vers la position d’ouverture minimale (A_min) est en cours et que le déplacement de l’obturateur (3) est supérieur à la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente (10) (étape 55).

[Revendication 7] Procédé de contrôle selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel l’unité électronique de contrôle (7) est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile. [Revendication 8] Dispositif de détente (10) pour fluide réfrigérant, configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes. [Revendication 9] Système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé (20) de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :

- un dispositif de compression (11 ),

- un premier échangeur (12) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur (100),

- un dispositif de détente (10) selon la revendication précédente, - un deuxième échangeur (13) configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur (200), le système de conditionnement thermique (40) comportant également une unité électronique de contrôle (7) configurée pour contrôler le dispositif de détente (10) et le dispositif de compression (11 ) de façon à ce que le premier fluide caloporteur (100) ou le deuxième fluide caloporteur (200) atteigne une température de consigne.

[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (40) pour véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel unité électronique de contrôle (7) comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle (7) étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente (10), la valeur mémorisée (M) de la position d’arrêt de l’obturateur (3) est envoyée par l’unité électronique de contrôle (7) au module électronique (5) du dispositif de détente (10), à la mise hors tension du dispositif de détente (10), la position d’arrêt de l’obturateur (3) est mémorisée par l’unité électronique de contrôle (7).

Description:
Titre de l'invention :

DISPOSITIF DE DETENTE ET UN PROCEDE DE CONTROLE DU

DISPOSITIF DE DETENTE

[1] La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de détente intégrés dans des systèmes de conditionnement thermique pour véhicule automobile. De tels systèmes permettent par exemple une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme l’habitacle ou encore une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur agencés le long d’un circuit fermé. Au moins une vanne de détente est utilisée, et permet de contrôler, c'est-à-dire de gérer la détente du fluide réfrigérant en amont d’un échangeur de chaleur. Afin de contrôler avec précision le fonctionnement d’un tel système, il est courant d’employer une vanne de détente dite « électronique ». [2] Une vanne de détente « électronique » comporte un conduit de circulation de fluide réfrigérant, et un obturateur mobile qui permet de modifier la section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit. La position de l’obturateur mobile permet donc d’ajuster le niveau de détente subi par le fluide réfrigérant. L’obturateur mobile est entraîné par un moteur électrique, en général un moteur de type pas à pas. Le moteur électrique d’entrainement est piloté par un module électronique faisant généralement partie de la vanne. La vanne reçoit d’une unité de contrôle du système de conditionnement thermique des consignes de position de l’obturateur mobile, et pilote le moteur électrique de façon à ce que la position réelle de l’obturateur soit égale à sa position de consigne. [3] En général, une telle vanne de détente ne comporte pas de capteur de position de l’obturateur mobile. Par conséquent, la position de l’obturateur à un instant donné est déterminée de manière relative, à partir d’une position d’initialisation servant de référence, et à partir des consignes de déplacement reçues entre l’instant d’initialisation de la vanne et l’instant considéré. La position servant de référence est la position dans laquelle l’obturateur mobile est en butée contre un siège formé dans le conduit, c'est-à-dire une position correspondant au débit minimal de fluide réfrigérant. [4] A chaque phase de mise sous tension du système de conditionnement thermique, l’obturateur mobile, dont la position n’est pas connue, reçoit une consigne de déplacement d’une amplitude suffisamment élevée pour garantir que l’obturateur va atteindre la butée servant de position de référence. En pratique, selon l’état de l’art l’amplitude du déplacement demandé correspond à l’amplitude maximale de déplacement possible de l’obturateur, afin de garantir que la position de butée soit atteinte quelque soit la position dans laquelle l’obturateur mobile s’est arrêté lors de la précédente mise hors tension du système. Dans certains cas, l’amplitude du déplacement demandé est même légèrement supérieure à l’amplitude maximale de déplacement possible, afin d’avoir une marge de sécurité prenant en compte notamment les dispersions de caractéristiques mécaniques des différents éléments de la vanne.

[5] Comme il est rare que l’obturateur mobile soit proche de la position d’ouverture maximale lors de son initialisation, la position en butée est généralement atteinte pour une amplitude de déplacement largement inférieure à l’amplitude de déplacement commandée. Le moteur électrique continue donc à être commandé alors que l’obturateur mobile ne peut plus se déplacer davantage, puisqu’il est déjà en butée. Cette phase de fonctionnement a tendance à dégrader la fiabilité à long terme du moteur électrique, ainsi que celle du mécanisme de commande.

[6] Le but de la présente invention est de fournir un procédé de contrôle permettant de réduire la durée pendant laquelle la vanne est commandée avec son moteur bloqué, sans ajouter de composant type capteur de position. L’invention a aussi pour but un dispositif de détente permettant de mettre en oeuvre le procédé.

[7] Ainsi, l’invention propose un procédé de contrôle d’un dispositif de détente pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente comportant :

- un corps définissant un conduit de circulation de fluide réfrigérant,

- un obturateur mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit,

- un moteur électrique cinématiquement lié à l’obturateur,

- un module électronique configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur et pour commander le moteur électrique de façon à ce que l’obturateur atteigne la consigne de position, l’obturateur étant mobile entre une position d’ouverture minimale dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale et la position d’ouverture minimale définissant une course maximale de l’obturateur, le procédé de contrôle comportant les étapes :

- à la mise sous tension du dispositif de détente, recevoir une valeur mémorisée d’une position d’arrêt de l’obturateur,

- déterminer une consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale, la consigne de déplacement étant égale à la somme de la valeur mémorisée de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité, le facteur de sécurité étant compris entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur,

- commander le moteur électrique pour réaliser la consigne de déplacement de l’obturateur, de façon à amener l’obturateur à la position d’ouverture minimale.

[8] Autrement dit, lorsque la position d’ouverture minimale de l’obturateur est atteinte et tant que la consigne de déplacement n’est pas atteinte, le moteur électrique continue à recevoir une commande électrique. Autrement dit, lorsque le mouvement de l’obturateur cesse, la commande électrique du moteur électrique se poursuit, de façon à s’assurer que l’obturateur a bien atteint la position d’ouverture minimale. Ainsi, cette position pourra être utilisée comme une référence fiable.

[9] La consigne de déplacement de l’obturateur est une amplitude de déplacement. Autrement dit, la consigne de déplacement est une consigne de déplacement relatif. Elle peut ne pas être réalisée si l’obturateur a déjà atteint la position d’ouverture minimale.

[10] La position d’arrêt de l’obturateur est la position dans laquelle l’obturateur se trouve à l’instant de la mise hors tension du dispositif de détente.

[11] Le facteur de sécurité est une valeur prédéterminée. Sa valeur est comprise entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur.

[12] Selon un mode de réalisation, le moteur électrique est un moteur pas à pas. [13] Lorsque l’obturateur est en position d’ouverture minimale, l’obturateur est en contact avec une butée du corps.

[14] Selon un aspect de l’invention, le facteur de sécurité est compris entre 2% de la course maximale de l’obturateur et 10% de la course maximale de l’obturateur. Le facteur de sécurité est de préférence égal à 5% de la course maximale de l’obturateur.

[15] Le facteur de sécurité qui est ajouté permet de garantir que l’obturateur mobile atteint dans tous les cas d’utilisation la position minimale d’ouverture, qui va servir de référence. Le facteur de sécurité a toutefois une valeur suffisamment faible pour limiter la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué car déjà en position d’ouverture minimale. Par rapport aux solutions selon l’état de l’art dans lesquelles le moteur reçoit une consigne de déplacement égale à la course maximale de l’obturateur, la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué est réduite dans pratiquement tous les cas d’utilisation. En effet, en pratique, l’obturateur mobile est généralement dans une position intermédiaire au moment de la mise hors tension du dispositif de détente.

[16] Selon un exemple de mise en oeuvre, la butée peut être rapportée dans le corps, par exemple par emmanchement à force.

[17] Selon un autre exemple de réalisation, la butée peut être usinée dans le corps.

[18] Selon un aspect de l’invention, le débit de fluide réfrigérant dans l’organe de détente est nul lorsque l’obturateur est en position d’ouverture minimale. Autrement dit, la position d’ouverture minimale de l’obturateur est une position de fermeture.

[19] Selon un aspect de l’invention, le procédé de contrôle comporte!’ étape :

- A la mise hors tension du dispositif de détente, mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur.

[20] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée par une unité électronique de contrôle extérieure au dispositif de détente. [21] Selon un mode de réalisation, l’unité électronique de contrôle est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile. L’unité électronique de contrôle gère le fonctionnement du dispositif de conditionnement thermique dans lequel le dispositif de détente est intégré. La coopération entre le dispositif de détente et l’unité de contrôle électronique permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente sans rajouter de composants.

[22] Par exemple, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée dans une mémoire permanente reprogrammable de l’unité électronique de contrôle. Ainsi, l’information mémorisée peut être retrouvée même en cas de coupure d’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle.

[23] Selon une variante du procédé, la position d’arrêt de l’obturateur est communiquée à l’unité électronique de contrôle par un protocole de communication digitale.

[24] Selon un mode de réalisation, le dispositif de détente comporte un capteur de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique, et le procédé de contrôle comporte les étapes :

- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique,

- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique pour atteindre la consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale est en cours et que le déplacement de l’obturateur est supérieur à la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente.

[25] Lorsqu’un capteur de détection du blocage du rotor du moteur est utilisé, l’information délivrée permet de confirmer que la consigne de déplacement de l’obturateur est suffisante, et que le fonctionnement se déroule de manière nominale, c'est-à-dire que le fonctionnement se déroule sans défaut. Le fonctionnement nominal peut être confirmé lorsque l’amplitude de déplacement déjà réalisé à l’instant où la détection de blocage du rotor se produit est supérieure à la position d’arrêt mémorisée. En effet, cela signifie que l’obturateur a bien atteint la position de butée au moment attendu. [26] Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :

- Si la détection de rotor bloqué ne s’est pas produite alors que la commande du moteur électrique pour atteindre la consigne de déplacement de l’obturateur vers la position d’ouverture minimale est déjà terminée, déclarer un état défectueux du dispositif de détente. Si l’information comme quoi le rotor du moteur est bloqué ne se déclenche pas, cela signifie que le fonctionnement du dispositif de détente n’est pas nominal et présente un défaut. En effet, le facteur de sécurité appliqué sert à garantir que l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale dans laquelle il est en butée. Par conséquent, une absence de détection de l’état rotor bloqué signifie un problème de fonctionnement, autrement dit un défaut du dispositif de détente.

[27] Le procédé de contrôle comporte de même l’étape :

- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que le déplacement de l’obturateur est inférieur à 80 % de la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état défectueux du dispositif de détente.

[28] Ce cas de déclenchement prématuré de la détection de blocage du rotor signifie qu’un problème est présent, comme par exemple un obstacle présent sur la course de l’obturateur, tel un corps étranger.

[29] L’invention concerne également un dispositif de détente pour fluide réfrigérant, configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’invention.

[30] Le dispositif de détente possède également les caractéristiques suivantes :

- Le moteur électrique entraîne l’obturateur mobile par une transformée de mouvement de type vis sans fin et pignon.

- Le dispositif de détente est dépourvu de capteur de position de l’obturateur.

- Le dispositif de détente est dépourvu de mémoire permanente.

- Le dispositif de détente possède une mémoire temporaire.

[31] L’invention se rapporte également à un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :

- un dispositif de compression,

- un premier échangeur configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur,

- un dispositif de détente tel que décrit précédemment,

- un deuxième échangeur configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur, le système de conditionnement thermique comportant également une unité électronique de contrôle configurée pour contrôler le dispositif de détente et le dispositif de compression de façon à ce que le premier fluide caloporteur ou le deuxième fluide caloporteur atteigne une température de consigne.

[32] Selon une variante du système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, unité électronique de contrôle comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente, la valeur mémorisée de la position d’arrêt de l’obturateur est envoyée par l’unité électronique de contrôle au module électronique du dispositif de détente, à la mise hors tension du dispositif de détente, la position d’arrêt de l’obturateur est mémorisée par l’unité électronique de contrôle.

[33] La coopération entre le dispositif de détente et l’unité électronique de contrôle permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente.

[34] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :

[35] - La figure 1 représente une vue schématique d’un système de conditionnement thermique,

[36] - La figure 2 représente une vue schématique d’un dispositif de détente 10 intégré au système de conditionnement thermique de la figure 1 ,

[37] - La figure 3 représente l’évolution temporelle de plusieurs paramètres de fonctionnement du procédé selon l’invention,

[38] - La figure 4 représente l’évolution temporelle des mêmes paramètres de fonctionnement que sur la figure 3, dans le cas d’un procédé selon l’art antérieur,

[39] - La figure 5 est un schéma bloc du procédé selon l’invention. [40] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.

Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation d'un fluide. De manière analogue, le terme « un premier élément en aval d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation du fluide considéré.

[41] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile, comportant un circuit fermé 20 de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comprenant selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :

- un dispositif de compression 11 ,

- un premier échangeur 12 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un premier fluide caloporteur 100,

- un dispositif de détente 10,

- un deuxième échangeur 13 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et un deuxième fluide caloporteur 200, le système de conditionnement thermique 40 comportant également une unité électronique de contrôle 7 configurée pour contrôler le dispositif de détente 10 et le dispositif de compression 11 de façon à ce que le premier fluide caloporteur 100 ou le deuxième fluide caloporteur 200 atteigne une température de consigne.

[42] Le premier échangeur de chaleur 12 est ici configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à un habitacle du véhicule. Autrement dit, le premier fluide caloporteur 100 est un flux d’air extérieur. On entend par flux d’air extérieur un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Le premier échangeur de chaleur 12 est utilisé en condenseur du fluide réfrigérant sur l’exemple représenté. Le premier échangeur de chaleur 12 est ici disposé en face avant du véhicule, et reçoit le flux d’air généré notamment par l’avancement du véhicule. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur.

[43] Le deuxième échangeur de chaleur 13 est configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule. Autrement dit, le deuxième fluide caloporteur 200 est un flux d’air destiné à être envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le conditionnement thermique de l’habitacle. Le système de conditionnement thermique 40 permet notamment de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Le deuxième échangeur de chaleur 13 est utilisé en évaporateur sur l’exemple représenté. Le deuxième échangeur de chaleur 13 est disposé dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les figures. Un autre groupe moto-ventilateur, non représenté sur les figures, est disposé dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur.

[44] En fonctionnement normal du système de conditionnement thermique 40, un fluide réfrigérant circule dans le circuit 20 de fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant utilisé ici est un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a.

[45] Le dispositif de compression 11 peut être un compresseur électrique, c'est-à- dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 11 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie du dispositif de compression. Les pièces mobiles internes du compresseur font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée à une haute pression côté sortie. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente du circuit, le fluide réfrigérant revient à l’entrée du compresseur 11 et recommence un nouveau cycle. [46] L’unité électronique de contrôle 7 est configurée pour contrôler un système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile. L’unité électronique de contrôle 7 reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 7 reçoit également les consignes de fonctionnement demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 40. Les traits en pointillés schématisent la liaison électrique entre l’unité électronique de contrôle 7, le dispositif de compression 11 et le dispositif de détente 10. Les différents capteurs présents sur le circuit de fluide réfrigérant et les liaisons électriques associées n’ont pas été représentés.

[47] On décrira maintenant le dispositif de détente 10. On a représenté sur la figure 2 un schéma de principe du dispositif de détente 10. Le dispositif de détente 10 comporte :

- un corps 1 définissant un conduit 2 de circulation de fluide réfrigérant,

- un obturateur 3 mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit 2, - un moteur électrique 4 cinématiquement lié à l’obturateur 3,

- un module électronique 5 configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur 3 et pour commander le moteur électrique 4 de façon à ce que l’obturateur 3 atteigne la consigne de position, l’obturateur 3 étant mobile entre une position d’ouverture minimale A_min dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale A_max dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale A_max et la position d’ouverture minimale A_min définissant une course maximale C de l’obturateur 3. [48] Le moteur électrique 4 est un moteur pas à pas. Le moteur électrique 4 entraîne l’obturateur mobile 3, par exemple par une transformée de mouvement 16 de type vis sans fin et pignon. La course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond par exemple à 400 pas de déplacement du moteur électrique 4. Ainsi, 10% de la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond alors à 40 pas de déplacement. Dans un autre exemple d’application où la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond à 5000 pas de déplacement du moteur électrique 4, 10% de la course maximale de l’obturateur mobile 3 correspond alors à 500 pas de déplacement.

[49] Lorsque l’obturateur 3 est en position d’ouverture minimale A_min, l’obturateur 3 est en contact avec une butée 6 du corps 1. Sur l’exemple représenté, la butée 6est usinée dans le corps 1. En variante, la butée 6 peut être rapportée dans le corps 1 , par exemple par emmanchement à force.

[50] Le débit de fluide réfrigérant dans l’organe de détente 10 est nul lorsque l’obturateur 3 est en position d’ouverture minimale A_min. En effet, l’obturateur mobile 3 repose sur la butée et obture totalement le conduit de circulation de fluide. Autrement dit, la position d’ouverture minimale A_min de l’obturateur 3 est une position de fermeture. On entend par débit nul que le débit traversant le dispositif de détente 10 est nul aux fuites près, les fuites étant négligeables par rapport au débit de fluide réfrigérant en fonctionnement nominal.

[51] Le fluide réfrigérant entre dans le conduit de circulation par l’entrée 14, subit une détente variable suivant la position de l’obturateur mobile 3 et ressort par la sortie 15.

[52] Le dispositif de détente 10 est dépourvu de capteur de position de l’obturateur 3. Autrement dit, la position de l’obturateur mobile 3 ne peut pas être déterminée de manière directe, c'est-à-dire par un capteur de position de l’obturateur lui- même ou d’une pièce mécanique liée à l’obturateur.

[53] A la place, la position de l’obturateur mobile 3 est déterminée de manière indirecte, à partir du nombre d’impulsions de commande envoyées par le module électronique de contrôle 5 au moteur électrique 4. Il est ainsi nécessaire de disposer d’une position de référence fiable à partir de laquelle les mouvements relatifs de l’obturateur sont comptés.

[54] Le dispositif de détente 10 est dépourvu de mémoire permanente. Il n’est donc pas possible que le dispositif de détente conserve, après une mise hors tension, la valeur de la position d’arrêt de l’obturateur mobile 3.

Le dispositif de détente 10 possède une mémoire temporaire. Cette mémoire permet d’avoir à disposition la valeur instantanée de divers paramètres de fonctionnement, mais ne permet pas de les conserver après une mise hors tension du dispositif de détente.

[55] Le dispositif de détente 10 pour fluide réfrigérant est configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l’invention, que l’on décrira maintenant.

[56] L’invention propose un procédé de contrôle d’un dispositif de détente 10 pour fluide réfrigérant, le dispositif de détente 10 comportant :

- un corps 1 définissant un conduit 2 de circulation de fluide réfrigérant,

- un obturateur 3 mobile configuré pour faire varier une section de passage du fluide réfrigérant dans le conduit 2,

- un moteur électrique 4 cinématiquement lié à l’obturateur 3,

- un module électronique 5 configuré pour recevoir une consigne de position de l’obturateur 3 et pour commander le moteur électrique 4de façon à ce que l’obturateur 3 atteigne la consigne de position, l’obturateur 3 étant mobile entre une position d’ouverture minimale A_min dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est minimale et une position d’ouverture maximale A_max dans laquelle la section de passage du fluide réfrigérant est maximale, l’écart entre la position d’ouverture maximale A_max et la position d’ouverture minimale A_min définissant une course maximale C de l’obturateur 3, le procédé de contrôle comportant les étapes :

- à la mise sous tension du dispositif de détente 10, recevoir une valeur mémorisée M d’une position d’arrêt de l’obturateur 3 (étape 50),

- déterminer une consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min, la consigne de déplacement D étant égaleàla somme de la valeur mémorisée M de la position d’arrêt et d’un facteur de sécurité S, le facteur de sécurité S étant compris entre 1% de la course maximale C de l’obturateur 3 et 15% de la course maximale C de l’obturateur 3 (étape 51 ),

- commander le moteur électrique 4 pour réaliser la consigne de déplacement D de l’obturateur 3, de façon à amener l’obturateur 3 à la position d’ouverture minimale A_min (étape 52). [57] Autrement dit, lorsque la position d’ouverture minimale A_min de l’obturateur 3 est atteinte et tant que la consigne de déplacement D n’est pas atteinte, le moteur électrique 4 continue à recevoir une commande électrique. Autrement dit, lorsque le mouvement de l’obturateur 3 cesse, la commande électrique du moteur électrique 4 se poursuit, de façon à s’assurer que l’obturateur a bien atteint la position d’ouverture minimale. Ainsi, cette position pourra être utilisée comme une référence fiable.

[58] La consigne de déplacement de l’obturateur est une amplitude de déplacement. Autrement dit, la consigne de déplacement est une consigne de déplacement relatif. Elle peut ne pas être atteinte si l’obturateur a déjà atteint la position d’ouverture minimale.

[59] La position d’arrêt de l’obturateur 3 est la position dans laquelle l’obturateur 3 se trouve à l’instant de la mise hors tension du dispositif de détente 10.

[60] Le facteur de sécurité S est une valeur prédéterminée. Sa valeur est comprise entre 1% de la course maximale de l’obturateur et 15% de la course maximale de l’obturateur. Selon un aspect de l’invention, le facteur de sécurité est compris entre 2% de la course maximale C de l’obturateur 3 et 10% de la course maximale C de l’obturateur 3. Le facteur de sécurité est de préférence égal à 5% de la course maximale C de l’obturateur 3.

[61 ] Le facteur de sécurité ajouté permet de garantir que l’obturateur mobile atteint dans tous les cas d’utilisation la position minimale d’ouverture, qui va servir de référence. Le facteur de sécurité a toutefois une valeur suffisamment faible pour limiter la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué car déjà en position d’ouverture minimale. Par rapport aux solutions selon l’état de l’art dans lesquelles le moteur reçoit une consigne de déplacement égale à la course maximale de l’obturateur, la durée pendant laquelle le moteur électrique est commandé alors que l’obturateur est bloqué est réduite dans pratiquement tous les cas d’utilisation.

[62] Selon un aspect de l’invention, le procédé de contrôle comporte étape :

- A la mise hors tension du dispositif de détente 10, mémoriser la position d’arrêt de l’obturateur 3 (étape 53). [63] Selon un exemple de mise en œuvre du procédé de contrôle, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée par une unité électronique de contrôle 7 extérieure au dispositif de détente 10.

[64] Par exemple, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée dans une mémoire permanente reprogrammable de l’unité électronique de contrôle 7.

Ainsi, l’information mémorisée peut être retrouvée même en cas de coupure d’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle. La mémorisation peut être réalisée par exemple à la mise hors tension de l’unité électronique de contrôle 7. Le nombre d’écritures dans la mémoire permanente est ainsi limité, ce qui limite le risque de détérioration à long terme de cette mémoire.

[65] Selon une variante du procédé, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est communiquée à l’unité électronique de contrôle 7 par un protocole de communication digitale. Le protocole de communication LIN, pour l’acronyme Anglais « Local Interconnect Network », peut par exemple être employé.

[66] La figure 3 illustre le déroulement des différentes étapes du procédé selon l’invention. La courbe 30 schématise l’évolution temporelle de la position de l’obturateur 3 du dispositif de détente 10 et la courbe 31 schématise l’état de l’alimentation électrique du dispositif de détente 10.

[67] L’instant tO marque l’instant où l’alimentation électrique du dispositif de détente 10, courbe 31 , est stoppée, car le système de conditionnement thermique passe dans un état inactif, par exemple lorsque le véhicule n’est plus utilisé. La position dans laquelle l’obturateur 3 se trouvait juste avant la coupure de l’alimentation électrique, donc l’instant tO, est mémorisée. Cette valeur est schématisée par le signe M.

[68] A l’instant t1 , l’alimentation électrique est rétablie, car le système de conditionnement thermique est à nouveau utilisé. On suppose que l’obturateur 3 repart de la même position que sa position d’arrêt, c'est-à-dire qu’il n’y a eu aucun déplacement non maîtrisé de l’obturateur 3 pendant la période d’inactivité allant de tO à t1. Le facteur de sécurité S est ajouté à la valeur mémorisée M afin de fournir une consigne de déplacement D de l’obturateur vers sa position d’ouverture minimale. La valeur D est donc strictement supérieure à la valeur M. En d’autres termes, le facteur de sécurité S génère une surconsigne par rapport à la valeur de la position d’arrêt mémorisée. Entre l’instant t1 et l’instant t2, le moteur électrique 4 commande l’obturateur 3 et la position de l’obturateur 3 diminue régulièrement. A l’instant t2, l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale A_min, c'est-à-dire que l’obturateur est en butée. La commande électrique du moteur 4 est maintenue jusqu’à l’instant t3, qui est l’instant auquel la commande électrique permettant d’obtenir l’amplitude de déplacement D lorsque l’obturateur n’est pas en butée est atteinte. Les traits en pointillés montrent la position théorique qu’aurait l’obturateur 3 s’il n’était pas bloqué par la butée. Le maintien de la commande entre les instants t2 et t3 permet de compenser d’éventuels décalages de la position de l’obturateur 3 survenus pendant la phase d’inactivité du système. De tels décalages peuvent provenir par exemple des variations de dilatations thermiques des composants pendant la phase d’inactivité, ou encore des vibrations subies pendant cette phase d’inactivité. Des décalages peuvent aussi se produire lors de la phase de fonctionnement nominal ayant précédé la coupure de l’alimentation électrique, par exemple à cause des vibrations subies en fonctionnement normal lors de la phase de fonctionnement nominal. A l’instant t3, cette phase de recalage de l’obturateur 3 est terminée. Le système de conditionnement thermique considère que l’obturateur 3 est positionné à sa position d’ouverture minimale A_min et que cette position peut être utilisée comme référence pour les phases de fonctionnement à venir. A partir de t3, le dispositif de détente assure un niveau de détente variable en temps réel, et la position de l’obturateur évolue en fonction des consignes reçues de l’unité électronique de contrôle 7.

[69] La figure 4 illustre pour comparaison le fonctionnement d’un système de conditionnement thermique selon l’état de l’art, lorsque le procédé décrit n’est pas actif.

[70] Comme précédemment, l’instant t’O marque l’instant où l’alimentation électrique du dispositif de détente 10, courbe 31’, est stoppée. L’instant t’1 marque l’instant où l’alimentation électrique est rétablie, car le système de conditionnement thermique est à nouveau utilisé. On suppose comme précédemment que l’obturateur 3 repart de la même position que sa position d’arrêt. La consigne de déplacement de l’obturateur vers sa position d’ouverture minimale est schématisée par le signe C, qui est la course maximale de l’obturateur 3. Comme précédemment, entre l’instant t’1 et l’instant t’2, le moteur électrique 4 commande l’obturateur et la position de l’obturateur diminue régulièrement. A l’instant t’2, l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale, c'est-à-dire que l’obturateur est en butée. La commande électrique du moteur 4 est maintenue jusqu’à l’instant t’3, qui est l’instant auquel la commande électrique permettant d’obtenir l’amplitude de déplacement C lorsque l’obturateur n’est pas en butée est atteinte. La durée comprise entre l’instant t’2 et l’instant t’3 est la durée pendant laquelle le moteur fonctionne dans l’état rotor bloqué, et l’obturateur 3 force sur sa butée. Pendant toute cette phase, le moteur 4 et le mécanisme de transformée de mouvement 16 sont donc fortement sollicités, ce qui à la longue pénalise la fiabilité du dispositif de détente 10.

[71] Le procédé selon l’invention commande une consigne de déplacement égale à la position d’arrêt à laquelle est ajoutée un facteur de sécurité, alors que selon l’état de l’art la consigne de déplacement est égale à la course maximale de l’obturateur, pour prendre en compte le pire cas. La durée de fonctionnement avec l’obturateur en butée, schématisée t2 à t3, est ainsi plus courte avec le procédé selon l’invention. L’usure mécanique des pièces mobiles, y compris le moteur électrique, est réduite, ce qui favorise la fiabilité à long terme du dispositif de détente. [72] Selon un mode de réalisation, le dispositif de détente 10 comporte un capteur

8 de détection du blocage en rotation d’un rotor du moteur électrique 4, et le procédé de contrôle comporte les étapes :

- Détecter le blocage du rotor du moteur électrique 4 (étape 54),

- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que la commande du moteur électrique 4 pour atteindre la consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min est en cours et que le déplacement de l’obturateur 3 est supérieur à la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état nominal du dispositif de détente 10 (étape 55).

[73] Lorsqu’un capteur de détection du blocage du rotor du moteur est utilisé, l’information délivrée permet de confirmer que la consigne de déplacement de l’obturateur est suffisante, et que le fonctionnement se déroule de manière nominale. [74] Avantageusement, le procédé de contrôle comporte l’étape :

- Si la détection de rotor bloqué ne s’estpas produite alors que la commande du moteur électrique 4 pour atteindre la consigne de déplacement D de l’obturateur 3 vers la position d’ouverture minimale A_min est déjà terminée, déclarer un état défectueux du dispositif de détente 10. (étape 56).

[75] Si l’information comme quoi le rotor du moteur est bloqué ne se déclenche pas, cela signifie que le fonctionnement du dispositif de détente n’est pas nominal et présente un défaut. En effet, le facteur de sécurité qui est ajouté sert à garantir que l’obturateur atteint sa position d’ouverture minimale dans laquelle il est en butée, quelle que soit la position d’arrêt précédente. Par conséquent, une absence de l’état rotor bloqué révèle un problème de fonctionnement, autrement dit un défaut du dispositif de détente.

[76] Le procédé de contrôle comporte de même l’étape :

- Si la détection de rotor bloqué se produit alors que le déplacement de l’obturateur est inférieur à 80 % de la valeur mémorisée de la position d’arrêt, déclarer un état défectueux du dispositif de détente. Un déclenchement prématuré de la détection de blocage du rotor signifie que le mouvement de l’obturateur ne se déroule pas librement, comme par exemple lorsque un corps étranger fait obstacle au mouvement de l’obturateur. Ainsi, une détection prématurée du blocage du rotor révèle également un problème de fonctionnement.

[77] Selon une variante du système de conditionnement thermique 40 pour véhicule automobile, unité électronique de contrôle 7 comporte une mémoire permanente, l’unité électronique de contrôle 7 étant configurée pour : à la mise sous tension du dispositif de détente 10, la valeur mémorisée M de la position d’arrêt de l’obturateur 3 est envoyée par l’unité électronique de contrôle 7 au module électronique 5 du dispositif de détente 10, à la mise hors tension du dispositif de détente 10, la position d’arrêt de l’obturateur 3 est mémorisée par l’unité électronique de contrôle 7.

[78] La coopération entre le dispositif de détente et l’unité électronique de contrôle permet d’optimiser le fonctionnement du dispositif de détente. [79] On décrira maintenantun mode de fonctionnement possible du système de conditionnement thermique 40, dit mode refroidissement de l’habitacle.

[80] Le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression 11 à haute pression et haute température. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier échangeur de chaleur 12, et cède de la chaleur au flux d’air extérieur 100. Le fluide réfrigérant se condense et rejoint l’entrée 14 du dispositif de détente 10. L’obturateur mobile 3 est dans une position dans laquelle la section de passage procurée au fluide réfrigérant est réduite, ce qui provoque une détente du fluide réfrigérant, qui passe à basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression circule ensuite dans le deuxième échangeur de chaleur 13, et absorbe de la chaleur du flux d’air intérieur 200. Le flux d’air intérieur est ainsi refroidi, tandis que le fluide réfrigérant s’évapore. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’entrée du dispositif de compression 11 , au sein duquel il passe à nouveau à haute pression et haute température. Le cycle décrit se répète ensuite.

[81] Le contrôle du débit de fluide réfrigérant dans le circuit 20 et du niveau de détente du fluide réfrigérant à travers le dispositif de détente 10 permettent d’obtenir la puissance de refroidissement correspondant au débit d’air habitacle de consigne et à la température d’habitacle de consigne.

[82] Le débit de fluide réfrigérant est contrôlé, c'est-à-dire ajusté, par le régime de rotation du dispositif de compression 11.Le niveau de détente du fluide réfrigérant est ajusté par la section de passage du fluide réfrigérant dans le dispositif de détente 10, en d’autres termes par la position de l’obturateur mobile 3.

[83] La position de l’obturateur mobile 3 est donc ajusté en temps réel en fonction de évolution des conditions extérieures et des consignes de températures de l’habitacle. L’unité de contrôle 7 détermine la position devant être adoptée par l’obturateur mobile 3 et envoie une consigne de position au module électronique 5. Celui-ci envoie une commande électrique au moteur électrique 4 de façon à positionner l’obturateur mobile 3 à la position voulue.

[84] Lorsque le véhicule cesse d’être utilisé, l’alimentation électrique des différents organes électriques pilotés par l’unité électronique de contrôle 7 est stoppée. La mémorisation de la position d’arrêt de l’obturateur 3, telle que décrite précédemment, est effectuée. Puis l’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle 7 elle-même est stoppée et l’ensemble du système de conditionnement thermique passe en mode inactif. L’alimentation électrique est bien sur maintenue suffisamment longtemps pour que toutes les opérations en cours, y compris l’ensemble des étapes du procédé décrit, soit menées en leur terme.

[85] A la remise en route du véhicule, l’alimentation électrique de l’unité électronique de contrôle 7 est rétablie. A son tour, l’unité électronique de contrôle 7 recommence à alimenter électriquement l’ensemble des organes électriques qu’elle pilote. Ainsi, l’alimentation électrique du module électronique 5 du dispositif de détente 3 est réalisée. La valeur de la position d’arrêt mémorisée de l’obturateur mobile 3 est envoyée par l’unité électronique de contrôle 7 au module électronique 5, et une requête de recalage de l’obturateur mobile, telle que décrite précédemment est effectuée. Il est possible que la requête de recalage de l’obturateur mobile ne soit pas émise à chaque remise en route de l’alimentation électrique. Autrement dit, le procédé décrit n’est pas mis en oeuvre de manière systématique. Lorsqu’aucun recalage n’est effectué à la remise en route de l’alimentation électrique, la valeur de la position d’arrêt mémorisée de l’obturateur est directement utilisée comme position de référence. Le dispositif de détente est ensuite commandé de façon normale par rapport à cette position de référence.

[86] Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :

[87] L’ unité électronique de contrôle 7 peut être intégrée au dispositif de détente 10. Autrement dit, le procédé selon l’invention peut être mis en oeuvre directement par le dispositif de détente 10.

[88] Le deuxième échangeur de chaleur 13 peut être un refroidisseur de batterie.

[89] Le système de conditionnement thermique peut comporter plusieurs évaporateurs en parallèle, chaque évaporateur disposant d’un dispositif de détente placé en amont. [90] Le système de conditionnement thermique peut comporter une ou des branches de dérivation permettant d’autres modes de fonctionnement, comme un mode pompe à chaleur dans lequel la chaleur prélevée sur le flux d’air extérieur pour vaporiser le fluide réfrigérant est dissipée dans le flux d’air intérieur en condensant le fluide réfrigérant dans un échangeur de chaleur disposé dans l’habitacle.]