Installation de climatisation parcourue par un fluide supercritique

Abstract

 L'invention propose une installation de climatisation, notamment pour véhicule à moteur, comprenant un circuit de fluide frigorigène parcouru par un fluide supercritique. Le circuit comporte un compresseur (14) muni d'une vanne de commande (140) dont le degré d'ouverture varie en fonction de l'intensité d'un signal de commande, un refroidisseur de gaz (11), un dispositif de détente (12) et un évaporateur (13). L'installation comporte en outre un module de régulation apte à contrôler le signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure du compresseur.

Description

[0001] L'invention concerne les installations de climatisation parcourues par un fluide supercritique, notamment pour véhicule automobile.

[0002] Un fluide supercritique, par exemple le dioxyde de carbone (R744) est un fluide frigorigène à haute pression. L'utilisation de ces fluides frigorigènes s'est développée dans les circuits de climatisation des véhicules pour limiter les effets néfastes sur l'environnement des composés fluorés, utilisés classiquement comme fluide réfrigérant.

[0003] Une installation de climatisation parcourue par un tel fluide comporte un circuit de fluide équipé principalement d'un compresseur, d'un refroidisseur de gaz, d'un dispositif de détente, et d'un évaporateur.

[0004] L'installation est également munie d'un régulateur de climatisation dont le rôle est de contrôler le fonctionnement de divers composants du circuit de climatisation pour fournir une puissance frigorifique répondant aux demandes en froid des utilisateurs.

[0005] Par exemple, le régulateur de climatisation peut contrôler la température de l'air soufflé en sortie de l'évaporateur. Le régulateur de climatisation contrôle également la haute pression afin d'ajuster l'ouverture de passage du dispositif de détente de manière à atteindre la puissance frigorifique requise par l'utilisateur.

[0006] Cependant, pendant la phase de démarrage de la climatisation, le régulateur de climatisation de réalisations existantes fixe généralement l'ouverture du dispositif de détente sans prendre en compte les conditions réelles de fonctionnement.

[0007] Ainsi, lorsque le circuit de climatisation est soumis à une charge thermique très importante, le régulateur impose une ouverture du dispositif de détente importante, et donc un débit de fluide réfrigérant supercritique élevé, pendant la phase de démarrage de la climatisation. En revanche, s'il impose une ouverture faible du dispositif de détente, pendant la phase de démarrage, cela peut générer des pics de pression conduisant à une arrêt du compresseur et donc à l'arrêt de la climatisation de sorte que le confort thermique du passager n'est pas atteint.

[0008] Pour remédier à cette inconvénient, la demande de brevet FR 2 856 782 a proposé une installation de climatisation, muni d'un dispositif de détente, de type détendeur électronique, dans laquelle le degré d'ouverture initial du détendeur, au démarrage de la climatisation, est calculé, à partir d'une estimation de la température initiale du fluide à l'entrée du détendeur, de la pression initiale du fluide à la sortie du détendeur, et du débit initial du fluide dans le détendeur, ainsi que d'une estimation de la pression du fluide en entrée du détendeur qui maximise le coefficient de performance. L'initialisation de l'ouverture du détendeur électronique au démarrage de la climatisation, est alors adaptée aux conditions réelles de fonctionnement de la climatisation et permet d'éviter une surpression en sortie du détendeur.

[0009] Toutefois, l'installation proposée par la demande de brevet FR 2 856 782 n'est pas adaptée lorsque le dispositif de détente est de type mécanique. Dans les installations classiques utilisant ce type de dispositif de détente, une ouverture initiale faible est généralement imposée au dispositif de détente, pendant la période de démarrage de la climatisation. Dans des conditions de forte charge thermique, cette ouverture initiale n'est donc pas adaptée.

[0010] L'invention vient à améliorer la situation en proposant une installation de climatisation, notamment pour véhicule à moteur, comprenant un circuit de fluide frigorigène parcouru par un fluide supercritique, ledit circuit comportant un compresseur muni d'une vanne de commande dont le degré d'ouverture varie en fonction de l'intensité d'un signal de commande, un refroidisseur de gaz, un dispositif de détente et un évaporateur. L'invention prévoit un module de régulation apte à contrôler le signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure du compresseur.

[0011] Des caractéristiques optionnelles de l'installation de climatisation de l'invention, complémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après:

• Le module de régulation est apte à calculer une valeur courante du signal de commande, à un instant donné, et à comparer ladite valeur à un seuil supérieur du signal de commande et à un seuil inférieur du signal de commande, le seuil inférieur correspondant à la valeur prise par le signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée minimale.
• En présence d'une valeur courante du signal de commande supérieure au seuil supérieur du signal de commande, le module de régulation est propre à remplacer la valeur courante du signal de commande par le seuil supérieur du signal de commande.
• En présence d'une valeur courante du signal de commande inférieure au seuil inférieur du signal de commande, le module de régulation est propre à remplacer la valeur courante du signal de commande par ledit seuil inférieur du signal de commande.
• L'installation est apte à appliquer la valeur courante du signal de commande obtenue à la vanne de contrôle du compresseur.
• Le module de régulation est en outre apte à calculer la différence entre la pression de décharge du compresseur et la pression de coupure du compresseur, et à comparer ladite condition à une constante prédéfinie.
• En présence d'une différence de pression inférieure à ladite constante, la valeur courante du signal de commande est calculée en fonction de l'écart entre la mesure de la température d'évaporation et une consigne de température d'évaporation.
• En présence d'une différence de pression supérieure à ladite constante, la valeur courante du signal de commande est calculée à partir de la différence de pression et d'une valeur du signal de commande déterminé à un instant précédent.
• Le module de régulation est apte à déterminer la valeur courante d'une grandeur liée au signal de commande à l'instant donné considéré de sorte que cette grandeur ait une vitesse de variation progressive entre une borne inférieure et une borne supérieure, dans un intervalle de temps de longueur définie par une constante de temps.
• La grandeur liée au signal de commande est le seuil supérieur du signal de commande, et la vitesse de variation de cette grandeur est croissante dans l'intervalle de temps entre la borne inférieure définie par la valeur minimale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée minimale, et la borne supérieure définie par la valeur maximale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée maximale.
• La grandeur liée au signal de commande est la consigne de température d'évaporation, et la vitesse de variation de cette grandeur est décroissante dans l'intervalle de temps entre la borne supérieure définie par la consigne de température maximale de la climatisation et la borne inférieure définie par la consigne de température demandée dans l'habitacle.
• Le seuil supérieur du signal de commande correspond à la valeur maximale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée maximale.
• La grandeur liée au signal de commande est la consigne de température d'évaporation et en ce que le seuil supérieur du signal de commande correspond à la valeur maximale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée maximale.
• La grandeur est calculée avec un filtre de premier ordre à partir de la borne minimale, de la borne supérieure, de la constante de temps, de la valeur précédente de ladite grandeur et d'une période d'échantillonnage de durée choisie.
• La constante de temps est calculée à partir de la vitesse de rotation du compresseur, de la température extérieure à l'habitable du véhicule et de la pression de décharge du compresseur.
• Le module de régulation est apte à contrôler du signal de commande selon une période choisie.
• La période choisie est sensiblement égale à seconde.

[0012] L'invention propose en outre un procédé de régulation d'un circuit de climatisation, parcouru par un fluide supercritique, notamment pour véhicule à moteur, comportant un compresseur muni d'une vanne de commande dont le degré d'ouverture varie en fonction de l'intensité d'un signal de commande. L'invention prévoit le contrôle du signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure du compresseur.

[0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 est un schéma d'une installation de climatisation fonctionnant selon un cycle supercritique ;
• la figure 2 est un schéma d'une installation de climatisation de véhicule automobile à moteur munie d'un dispositif de contrôle de démarrage, selon l'invention ;
• la figure 3 est un organigramme illustrant les différentes étapes mises en oeuvre pour réguler le signal de commande du compresseur pendant la phase de démarrage, selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
• la figure 4 est un organigramme illustrant les différentes étapes mises en oeuvre pour réguler le signal de commande du compresseur pendant la phase de démarrage, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et
• la figure 5 est un diagramme représentant l'évolution de la pression de décharge du compresseur, de la pression d'aspiration du compresseur et du signal de commande du compresseur en fonction du temps, selon l'invention.

[0014] On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un schéma d'un circuit de climatisation 10 destiné à être intégré à un véhicule automobile.

[0015] Le circuit de climatisation est parcouru par un fluide frigorigène à haute pression, notamment le dioxyde de carbone R744.

[0016] Le circuit comporte un compresseur 14 à contrôle externe muni d'une vanne de contrôle 140 à ouverture variable en fonction d'un signal de commande. Le compresseur est adapté pour recevoir le fluide à l'état gazeux et pour le comprimer. Le circuit est en outre équipé d'un refroidisseur de gaz 11 qui refroidit le gaz comprimé par le compresseur, à pression sensiblement constante, d'un échangeur thermique interne 9, d'un dispositif de détente 12, en particulier un dispositif de détente mécanique, qui abaisse la pression du fluide provenant de l'échangeur interne 9, et d'un évaporateur 13 qui faire passer le fluide de l'état liquide à l'état gazeux, à pression sensiblement constante, pour produire un flux d'air climatisé envoyé vers l'habitacle du véhicule.

[0017] Le refroidisseur de gaz 11 reçoit un flux d'air 16 qui dans certaines conditions de fonctionnement est mis en mouvement par un groupe moto-ventilateur 15, pour évacuer la chaleur prélevée au fluide frigorigène.

[0018] L'évaporateur 13 reçoit un flux d'air 18 d'un pulseur 20 et produit un flux d'air climatisé envoyé vers l'habitacle.

[0019] L'échangeur thermique interne 9 permet un échange de chaleur entre la partie du fluide qui circule du refroidisseur de gaz 11 vers le détendeur 12 et la partie du fluide qui circule de l'évaporateur 13 vers le compresseur 14.

[0020] Le dispositif de détente est en particulier de type mécanique.

[0021] La figure 2 est un schéma représentant une installation de climatisation selon l'invention, destinée à équiper un véhicule automobile.

[0022] L'installation est munie du circuit de climatisation 10 décrit en référence à la figure 1.

[0023] L'installation est en outre munie d'un module de régulation ou calculateur de climatisation 40 comprenant une carte électronique 43, un régulateur d'habitacle 41 et un régulateur de boucle de climatisation 42. Le régulateur d'habitacle 41 fixe la consigne de la température d'évaporation Te_cons du régulateur 42.

[0024] Dans les installations de l'art antérieur, lorsque le régulateur d'habitacle 41 fournit une consigne de température d'évaporation au régulateur de la boucle de climatisation 42, le signal de commande du compresseur, pendant la phase de démarrage, est calculé en fonction d'une loi de régulation qui utilise l'écart entre la mesure de la température d'évaporation du compresseur et la consigne de la température d'évaporation du compresseur. La mesure de la température d'évaporation peut être fournie par une sonde de température 130 placée derrière l'évaporateur 13, dans sa zone de surchauffe, ou encore dans le flux d'air traversant l'évaporateur. La consigne de température d'évaporation représente la température cible demandée dans l'habitacle par un passager du véhicule.

[0025] Cette loi de régulation est classiquement utilisée dans tous les cycles de fonctionnement du compresseur. Pendant la période de démarrage de la climatisation, dans les conditions de forte charge thermique, l'écart entre la mesure de la température d'évaporation du compresseur et la consigne de la température d'évaporation est très important. Par conséquent, le signal de commande imposé au compresseur génère une ouverture importante de la vanne de commande du compresseur. Lorsque le dispositif de détente est de type mécanique, il en résulte une pression de décharge très importante à la sortie du compresseur, qui peut présenter des pics de pression. Ces pics de pression peuvent entraîner un arrêt de la climatisation par mise en coupure haute pression du compresseur.

[0026] Pour améliorer le fonctionnement de l'installation climatisation pendant la phase de démarrage, notamment lorsque le dispositif de détente 12 est de type mécanique, la Demanderesse propose de réguler le signal de commande du compresseur.

[0027] La Demanderesse propose un module de régulation de la climatisation pendant la phase de démarrage de la climatisation, propre à limiter les pics de pression et les arrêts du compresseur. Pour cela, le module de régulation 40 est adapté pour contrôler le signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure du compresseur.

[0028] Le principe de la régulation proposé ici repose sur une gestion de la phase de démarrage de la climatisation au moyen d'un contrôle de la pression de décharge ou haute pression du compresseur et d'une régulation progressive du signal de commande du compresseur, en fonction des paramètres de fonctionnement de la boucle de climatisation.

[0029] Le module de régulation met en oeuvre la régulation de la climatisation pendant la phase de démarrage selon une période choisie, par exemple de 1 seconde.

[0030] Pour limiter l'apparition de pics de pression, le module de régulation 40 calcule une valeur courante du signal de commande PWM(k), à un instant donné, et compare cette valeur à un seuil supérieur du signal de commande PWM_sup et à un seuil inférieur du signal de commande PWM_inf. Le module de régulation adapte ensuite la valeur calculée du signal de commande si celle-ci dépasse les seuils précités.

[0031] Le module de régulation agit en outre sur une grandeur liée au signal de commande PWM pour contrôler la vitesse de variation du signal lui-même et empêcher une variation brusque qui pourrait générer un pic de pression.

[0032] Dans une première forme de réalisation illustrée sur la figure 3, la grandeur liée au signal de commande est le seuil supérieur du signal de commande PWM_sup que le signal de commande PWM ne doit pas dépasser.

[0033] Dans une deuxième forme de réalisation illustrée sur la figure 4, la grandeur liée au signal de commande est la consigne de température d'évaporation Te_cons qui est utilisée pour réguler le compresseur, selon la loi de régulation classique en boucle fermée. Cette grandeur a une influence sur la valeur du signal de commande PWM.

[0034] Le module de régulation détermine la valeur courante de cette grandeur liée au signal de commande à l'instant considéré, c'est-à-dire PWM_sup(k) ou Te_cons(k) selon le cas, afin que cette grandeur ait une vitesse de variation progressive entre une borne inférieure et une borne supérieure, dans un intervalle de temps de longueur définie par une constante de temps KPWM ou K_Te respectivement. Comme ces grandeurs influent sur l'évolution du signal de commande PWM dans le temps, leur contrôle permet d'agir sur celui-ci et d'éviter qu'il ne présente des variations brusques qui pourraient générer des pics de pression.

[0035] Les constantes de temps KPWM pour le premier mode de réalisation ou K_Te pour le deuxième mode de réalisation sont déterminées en fonction des paramètres de fonctionnement du circuit de climatisation.

[0036] La grandeur liée au signal de commande PWM_sup(k) ou Te_cons(k) peut être calculée avec un filtre de premier ordre à partir de la borne inférieure, de la borne supérieure, de la constante de temps, et de la valeur de la grandeur calculée à l'itération précédente de la régulation PWM_sup(k-1) ou Te_cons(k-1).

[0037] Les notations k et k-1, ou k et k+1, sont utilisées pour désigner deux instants d'itération successifs de la régulation, donc distants d'une durée égale à la période de temps. Dans toute la description, le terme "précédent" ou l'expression "valeur précédente" seront utilisés pour désigner la valeur d'une grandeur à l'instant k-1, le terme "courant" ou l'expression "valeur courante" seront utilisés pour désigner la valeur d'une grandeur à l'instant k, et le terme "suivant" ou l'expression "valeur suivante" seront utilisés pour désigner la valeur d'une grandeur à l'instant k+1.

[0038] Le module de régulation permet ainsi de contrôler l'évolution du signal de commande du compresseur pour limiter l'apparition de pics de pression et donc maintenir la haute pression du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure HP_arrêt du compresseur pendant la phase de démarrage.

[0039] En complément, le module de régulation est également adapté pour réguler la haute pression dans les cas où la haute pression du compresseur approcherait de la pression de coupure du compresseur, pendant la phase de démarrage. Pour cela, le module de régulation 40 ajuste la valeur du signal de commande selon une relation choisie liée à la différence entre la haute pression du compresseur HP(k) et la pression de coupure HP_arrêt. En régulant ainsi le signal de commande PWM, le module de régulation 40 permet d'empêcher un dépassement de la pression de coupure et donc un arrêt de la climatisation.

[0040] Le procédé de régulation de la phase de démarrage de la figure 3 va tout d'abord être décrit en détail.

[0041] Le procédé est mis en oeuvre au démarrage de la climatisation et est répété à chaque instant k, tant que la phase de démarrage n'est pas achevée, comme indiqué dans le test de l'étape 3.

[0042] Si la phase de démarrage est achevée, une loi de régulation classique du compresseur, qui fournit le signal de commande du compresseur en fonction de la température d'évaporation, en particulier en fonction de l'écart entre la mesure et la consigne de la température d'évaporation, est mise en oeuvre à l'étape 304. Cette loi de régulation peut être par exemple une régulation proportionnelle intégrale dérivée PID.

[0043] Si la phase de démarrage n'est pas achevée, les étapes qui suivent sont mises en oeuvre.

[0044] A l'étape 300, il est déterminé si la différence entre la haute pression du compresseur HP(k) à l'instant k considéré et une pression de coupure HP_arrêt est inférieure à une constante C, par exemple égale à 5 bars. La pression de coupure HP_arrêt correspond à la valeur de la haute pression qui provoque l'arrêt du compresseur. La haute pression du compresseur HP(k) à l'instant k peut être fournie par un capteur 142 ou estimée. La vérification de la condition de l'étape 300 permet de détecter que la haute pression s'approche de la pression de coupure, et donc un risque d'arrêt du compresseur.

[0045] A l'étape 304, si cette différence de pression {HP(k) - HP_arrêt} est supérieure à la constante C préfixée, le signal de commande du compresseur PWM(k), à l'instant k, est calculé selon la loi de régulation classique en fonction de la température d'évaporation Te, par exemple en fonction de l'écart entre la mesure de la température d'évaporation Te_mes et la consigne de la température d'évaporation Te_cons.

[0046] En revanche, si la différence de pression {HP(k) - HP_arrêt} est inférieure à la constante C préfixée, le module de régulation calcule la variation du signal de commande)PWM(k) à l'instant k, à l'étape 302, en fonction de la différence HP(k) - HP_arrêt, selon l'équation A1 de l'annexe A.

[0047] Ensuite, à l'étape 306, le module de régulation calcule le signal de commande PWM(k) de la vanne 140 du compresseur à l'instant k en fonction de la valeur du signal de commande PWM(k-1) à l'instant k-1 précédent et de la variation du signal de commande )PWM(k) déterminée à l'étape 302. Au démarrage de la climatisation (première itération de la régulation de démarrage), la valeur du signal de commande PWM(k-1) peut être prise égale à la dernière valeur du signal de commande avant le mode de démarrage. La valeur du signal de commande PWM(k) ainsi calculer permet de maintenir la pression de décharge du compresseur autour de la pression de coupure. Les étapes 300 à 306 sont mises en oeuvre pour éviter un arrêt du compresseur en agissant sur le signal de commande PWM dès qu'un risque de dépassement de la pression de coupure est détecté tout en maintenant un niveau de pression élevée pour refroidir le plus rapidement possible l'habitacle du véhicule, c'est-à-dire respecter la consigne demandée par l'utilisateur.

[0048] A l'issue des étapes 304 et 306, le module de détente détermine la valeur courante du seuil supérieur PWM_sup(k) que le signal de commande PWM(k) ne doit pas dépasser dans les étapes 303 et 308.

[0049] La valeur courante du seuil supérieur du signal de commande PWM_sup(k) est calculée de sorte que cette grandeur ait une vitesse de variation progressive entre une borne inférieure et une borne supérieure, dans un intervalle de temps de longueur définie par une constante de temps KPWM. L'allure de la vitesse de variation est en particulier croissante de la borne inférieure à la borne supérieure, comme illustré dans le diagramme de l'étape 303.

[0050] La borne supérieure PWM_max est représentée par la valeur maximale du signal de commande. Cette valeur maximale correspond au signal de commande du compresseur, lorsque celui-ci est en cylindrée maximale. Elle peut être par exemple égale à 90%.

[0051] La borne inférieure est représentée par la valeur minimale du signal de commande PWM_min. Cette valeur minimale correspond à la valeur du signal de commande du compresseur, lorsque celui-ci est en cylindrée minimale. Elle peut être égale par exemple à 20%.

[0052] La valeur courante du seuil supérieur du signal de commande PWM_sup(k) peut être calculée par exemple à l'aide d'un filtre de premier ordre, à partir de:

• la borne supérieure PWM_max,
• la borne inférieure PWM_min, et
• la constante de temps K_PWM.

[0053] La constante de temps K_PWM peut varier au cours de la période de démarrage. elle représente le temps mis par le signal de commande pour passer de la borne inférieure PWM_min à la borne supérieure PWM_max.

[0054] La détermination du seuil supérieur PWM_sup(k) utilise également la valeur du seuil supérieur PWM_sup(k-1) déterminé à l'instant k-1 précédent. Cette valeur est en principe stockée en mémoire.

[0055] La constante de temps du filtre K_PWM peut être calculée à chaque itération du procédé de régulation à partir de la pression de décharge du compresseur HP, de la température extérieure Text et de la vitesse de rotation N du compresseur.

[0056] Dans l'exemple d'un filtre de premier ordre, la valeur de seuil supérieur PWM_sup(k) est obtenue selon l'équation A2, où T_ech correspond à la période d'échantillonnage du filtre.

[0057] L'évolution du seuil du signal de commande est ainsi régulée pendant l'intervalle de temps. Cette régulation permet d'éviter des variations brusques du signal de commande pendant la phase de démarrage, et donc de limiter les pics de pression.

[0058] A l'étape 310, le module de régulation détermine si la valeur du signal de commande PWM(k) obtenue à l'étape 304 ou à l'étape 306 est comprise entre la valeur courante du seuil supérieur PWM_sup(k), obtenu à l'étape 303, et un seuil inférieur représenté par la valeur minimale PWM_min du signal de commande.

[0059] A l'étape 312, s'il est déterminé que la valeur du signal PWM(k) déterminée à l'étape 304 ou à l'étape 306 dépasse la valeur de seuil supérieur PWM_sup(k) obtenue à l'étape 303, la valeur du seuil supérieur PWM_sup(k) est affectée au signal PWM(k). Cependant, lorsque la valeur du signal PWM(k) déterminée à l'étape 304 ou à l'étape 306 est inférieure à la valeur minimale du signal de commande PWM_min, cette valeur minimale PWM_min est affectée au signal PWM(k). Dans les autres cas, la valeur du signal PWM(k) n'est pas modifiée.

[0060] A l'étape 314, le signal de commande PWM(k) obtenu à l'étape 312 est appliqué à la vanne de contrôle 140 du compresseur. Les étapes 300 à 314 sont ensuite réitérées à l'instant k+1 suivant, s'il est déterminé que la phase de démarrage n'est pas achevée (étape 3).

[0061] Le module de régulation de la climatisation, selon le premier mode de réalisation de l'invention, permet ainsi de contrôler la vitesse de changement du signal de commande PWM dans le temps, pendant la période de démarrage. L'invention fournit une vitesse de variation du signal de commande progressive pendant cette phase au moyen d'une régulation du seuil supérieur du signal de commande et niveau du signal de commande. En complément, elle permet de détecter un risque d'arrêt du compresseur en contrôlant le niveau de la haute pression et d'éviter l'arrêt effectif du compresseur en agissant sur le signal de commande du compresseur. La régulation de l'invention diminue ainsi les risques de pics de pression et les coupures du compresseur qui en découlent pendant la phase de démarrage de la climatisation.

[0062] La figure 5 est un diagramme illustrant l'évolution dans le temps de la pression de décharge du compresseur (courbe a), de la pression d'aspiration du compresseur (courbe b) et du signal de commande du compresseur PWM (courbe c), pendant la phase de démarrage, selon le premier mode de réalisation de l'invention. Le procédé de régulation de la phase de démarrage est appliqué entre environ 460 secondes et 550 secondes. La phase de démarrage s'achève à partir de 550 secondes environ. Comme on peut le voir sur ce diagramme, une augmentation progressive est imposée au signal de commande PWM (courbe c) pour éviter les coupures du compresseur. En particulier, on constate que la régulation fait redescendre le signal de commande entre 470 secondes et 480 secondes pour éviter que la haute pression (courbe a) ne dépasse la pression de coupure HP_arrêt, par exemple comprise entre 130 et 140 bars (13 à 14 Mpa), et donc un arrêt du compresseur. La courbe c montre un deuxième effet de la régulation pendant la phase de démarrage. En effet, entre 510 et 530 secondes, l'augmentation du signal PWM envoyé à la vanne du compresseur est limité au environ de 80% de sorte à contrecarrer l'augmentation de pression de pression visible sur la courbe à 510 secondes. La haute pression (courbe a) ne présente donc pas de pics de pression susceptible de dépasser la pression de coupure.

[0063] La deuxième forme de réalisation de l'invention va maintenant être décrite en référence à l'organigramme de la figure 4.

[0064] Les étapes 4 et 400 sont analogues aux étapes 3 et 300 respectives de la figure 3. Ces étapes ne seront donc pas décrites à nouveau ici.

[0065] A l'étape 402, si la différence de pression {HP(k) - HP_arrêt} est inférieure à la constante C préfixée, le signal de commande du compresseur PWM(k), à l'instant k, est calculé selon la relation A1, de manière analogue à l'étape 306 de la figure 3.

[0066] A l'étape 404, si la différence de pression {HP(k)- HP_arrêt} est supérieure à la constante C préfixée, le signal de commande du compresseur PWM(k), à l'instant k, est calculé selon la loi de régulation classique en fonction de l'écart entre la mesure de la température d'évaporation Te_mes et une consigne prédéterminée de température d'évaporation Te_cons(k) à l'instant k . Cette loi de régulation classique peut être par exemple une régulation proportionnelle intégrale dérivée.

[0067] L'étape 403 permet de déterminer cette consigne. Le but est d'imposer une diminution progressive de cette consigne dans le temps, par exemple à l'aide d'un filtre de premier ordre utilisant une constante de temps K_Te variable.

[0068] La valeur courante de la consigne de température d'évaporation Te_cons(k) est calculée de sorte que cette grandeur ait une vitesse de variation progressive entre une borne supérieure et une borne inférieure, dans un intervalle de temps de longueur définie par une constante de temps K_Te. L'allure de la vitesse de variation est en particulier décroissante de la borne inférieure à la borne supérieure, comme illustré dans le diagramme de l'étape 303.

[0069] La borne supérieure est représentée par la consigne de température maximale Te_{cons_max} de fonctionnement de la climatisation. Elle peut être par exemple égale à 15°C.

[0070] La borne inférieure est représentée par la consigne de température cible Te_{cons_min} demandée dans l'habitacle par un passager. Elle est généralement comprise entre 2°C et 5°c.

[0071] La valeur courante de la consigne de température d'évaporation Te_cons(k) peut être calculée par exemple à l'aide d'un filtre de premier ordre, à partir de:

• la borne supérieure Te_{cons_max,}
• la borne inférieure Te_{cons_min}, et
• la constante de temps K_Te.

[0072] La constante de temps K_Te peut varier au cours de la période de démarrage. Elle représente le temps mis par le signal de commande pour passer de la borne supérieure Te_{cons_max} à la borne inférieure Te_{cons_min}.

[0073] La détermination de la valeur courante de la consigne de température d'évaporation Te_cons(k) utilise également la valeur du seuil supérieur Te_cons(k-1) déterminée à l'instant k-1 précédent. Cette valeur est en principe stockée en mémoire.

[0074] La constante de temps du filtre K_Te peut être calculée à chaque itération du procédé de régulation à partir de la pression de décharge du compresseur HP, de la température extérieure Text et de la vitesse de rotation N du compresseur.

[0075] Dans l'exemple d'un filtre de premier ordre, la valeur de la consigne de température d'évaporation Te_cons(k) est obtenue selon l'équation A3, où T_ech correspond à la période d'échantillonnage du filtre.

[0076] L'évolution de la consigne de température d'évaporation est ainsi régulée pendant l'intervalle de temps. Cette régulation permet d'éviter des variations brusques du signal de commande PWM pendant la phase de démarrage, et donc de limiter les pics de pression.

[0077] A l'étape 410, le module de régulation détermine si la valeur du signal de commande PWM(k) obtenue à l'étape 404 ou à l'étape 406 est comprise entre le seuil supérieur du signal de commande et le seuil inférieur du signal de commande. Dans ce mode de réalisation, le seuil supérieur du signal de commande PWM_max représente la valeur du signal de commande lorsque le compresseur est cylindrée maximale, et le seuil inférieur du signal de commande PWM_min représente la valeur du signal de commande lorsque le compresseur est cylindrée minimale. Ces seuils PWM_max et PWM_min sont donc constants dans ce mode de réalisation. Ces seuils sont déterminés à l'étape 408.

[0078] A l'étape 412, s'il est déterminé que la valeur du signal PWM(k) déterminée à l'étape 404 ou à l'étape 406 dépasse la valeur maximale PWM_max, la valeur PWM_max est affectée au signal PWM(k). Sinon, si la valeur du signal PWM(k) déterminée à l'étape 304 ou à l'étape 306 est inférieure à la valeur minimale du signal de commande PWM_min, la valeur PWM_min est affectée au signal PWM(k). Dans les autres cas, la valeur du signal PWM(k) n'est pas modifiée.

[0079] A l'étape 414, le signal de commande PWM(k) obtenu à l'étape 412 est appliqué à la vanne de contrôle 140 du compresseur. Les étapes 400 à 414 sont ensuite réitérées à l'instant k+1 suivant, s'il est déterminé que la phase de démarrage n'est pas achevée (étape 4).

[0080] En régulant la vitesse de variation de la consigne de température d'évaporation, par exemple à l'aide du filtre, à l'étape 403, le deuxième forme de réalisation permet d'imposer une augmentation progressive au signal de commande du compresseur PWM, sans variation brusque. La haute pression du compresseur HP est en outre maintenue au dessous de la pression de coupure HP_arrêt du compresseur pendant la période de démarrage, ce qui évite des pics de pression et des arrêts répétitifs du compresseur.

[0081] Le module de régulation proposé par l'invention est donc particulièrement adapté pour contrôler la phase de démarrage d'un circuit de climatisation parcouru par un fluide supercritique, y compris dans les conditions de fortes charges thermiques. En effet, l'emploi de fluide de type supercritique comme le CO2 impose un fonctionnement à des pressions parfois très élevée. Evidement, plus les pressions sont élevées et plus il est difficile de maintenir une bonne étanchéité. C'est pourquoi, il est particulièrement souhaitable, comme proposé par l'invention, d'éviter de voir la haute pression dépasser le seuil de coupure du compresseur tout en atteignant le plus rapidement possible l'objectif de confort thermique demandé par l'utilisateur de l'installation de climatisation.

[0082] Bien que l'invention s'applique à tout type de dispositif de détente, elle est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif de détente est de type mécanique. L'invention vise l'installation de climatisation utilisant la phase de démarrage selon l'invention mais elle vise aussi le procédé de mise en oeuvre de cette phase de démarrage.

Annexe A

[0083] 

A1:

A2:

A3 :

Revendications

1. Installation de climatisation, notamment pour véhicule à moteur, comprenant un circuit de fluide frigorigène parcouru par un fluide supercritique, ledit circuit comportant un compresseur (14) muni d'une vanne de commande (140) dont le degré d'ouverture varie en fonction de l'intensité d'un signal de commande, un refroidisseur de gaz (11), un dispositif de détente (12) et un évaporateur (13), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un module de régulation (40) apte à contrôler le signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous d'une pression de coupure du compresseur.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de régulation est apte à calculer une valeur courante du signal de commande (306, 304) selon une relation choisie, à un instant donné, et à comparer (310) ladite valeur à un seuil supérieur du signal de commande et à un seuil inférieur du signal de commande, le seuil inférieur correspondant à la valeur prise par le signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée minimale.

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'en présence d'une valeur courante du signal de commande supérieure au seuil supérieur du signal de commande, le module de régulation est propre à remplacer la valeur courante du signal de commande par le seuil supérieur du signal de commande (312).

4. Installation selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'en présence d'une valeur courante du signal de commande inférieure au seuil inférieur du signal de commande, le module de régulation est propre à remplacer la valeur courante du signal de commande par ledit seuil inférieur du signal de commande (312).

5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'installation est apte à appliquer la valeur courante du signal de commande obtenue à la vanne de contrôle du compresseur (140).

6. Installation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le module de régulation est en outre apte à calculer la différence entre la pression de décharge du compresseur et la pression de coupure du compresseur, et à comparer ladite condition à une constante prédéfinie (300).

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'en présence d'une différence de pression inférieure à ladite constante, la valeur courante du signal de commande est calculée en fonction de l'écart entre la mesure de la température d'évaporation et une consigne de température d'évaporation (302).

8. Installation selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'en présence d'une différence de pression supérieure à ladite constante, la valeur courante du signal de commande est calculée à partir de la différence de pression et d'une valeur du signal de commande déterminé à un instant précédent (306).

9. Installation selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le module de régulation est apte à déterminer la valeur courante d'une grandeur liée au signal de commande à l'instant donné considéré (303, 403) de sorte que cette grandeur ait une vitesse de variation progressive entre une borne inférieure et une borne supérieure, dans un intervalle de temps de longueur définie par une constante de temps.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la grandeur liée au signal de commande est le seuil supérieur du signal de commande (303), et en ce que la vitesse de variation de cette grandeur est croissante dans l'intervalle de temps entre la borne inférieure définie par la valeur minimale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée minimale, et la borne supérieure définie par la valeur maximale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée maximale.

11. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la grandeur liée au signal de commande est la consigne de température d'évaporation, et en ce que la vitesse de variation de cette grandeur est décroissante dans l'intervalle de temps entre la borne supérieure définie par la consigne de température maximale de la climatisation et la borne inférieure définie par la consigne de température demandée dans l'habitacle.

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le seuil supérieur du signal de commande correspond à la valeur maximale du signal de commande lorsque le compresseur est en cylindrée maximale (403).

13. Installation selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que ladite grandeur est calculée avec un filtre de premier ordre à partir de la borne minimale, de la borne supérieure, de la constante de temps, de la valeur précédente de ladite grandeur et d'une période d'échantillonnage de durée choisie.

14. Installation selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que la constante de temps est calculée à partir de la vitesse de rotation du compresseur, de la température extérieure à l'habitable du véhicule et de la pression de décharge du compresseur.

15. Installation selon l'une des revendications 2 à 14, caractérisée en ce que le module de régulation est apte à contrôler du signal de commande selon une période choisie.

16. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce que la période choisie est sensiblement égale à 1 seconde.

17. Procédé de régulation d'un circuit de climatisation, parcouru par un fluide supercritique, notamment pour véhicule à moteur, comportant un compresseur muni d'une vanne de commande dont le degré d'ouverture varie en fonction de l'intensité d'un signal de commande, caractérisé en ce qu'on contrôle le signal de commande de la vanne du compresseur pendant la phase de démarrage de la climatisation de manière à maintenir la pression de décharge du compresseur sensiblement en dessous de la pression de coupure du compresseur.

Dessins