Brevet FR2593122A1 — publié le 19870724

SYSTEME DE CONDITIONNEMENT D'AIR POUR AUTOMOBILE L'invention est relative à un système de conditionnement d'air pour automobile. Un système de conditionnement d'air pour automobile a pour but d'agir en complément du système de chauffage, notamment lorsque la température extérieure est trop importante, et qu'il faut refroidir l'intérieur de l'habitacle afin d'y assurer une stabilité thermique, et donc un confort aux passagers. On connaît des systèmes de conditionnement d'air pour automobiles batis autour d'un compresseur dit de type ouvert, compare nant au moins un cylindre et un piston. Le piston est relié à un ensemble bielle et vilebrequin entraîné par un arbre lié au moteur du véhicule. Le piston comprime un fluide qui est injecté vers un circuit frigorifique à condenseur et évaporateur. Un tel système présente des inconvénients. Tout d'abord il n'est pas nécessaire de faire constamment fonctionner la climatisation. I1 faut donc prévoir un dispositif d'embrayage pour isoler le compresseur du moteur du véhicule. Ensuite, à haute vitesse principalement, la vitesse de rotation du moteur est trop élevée, et il faut prévoir un réducteur entre le moteur et le compresseur pour éviter la détérioration de ce dernier. De plus, les constructeurs de véhicules ne prévoient pas forcément d'installation de systèmes de conditionnement d'air sur un type donné de véhicule, alors qu'un utilisateur peut le désirer. La mise en place du compresseur, de l'embrayage, de l'arbre et du réducteur pose alors des problèmes particuliers à l'installateur. Ce système présente enfin des inconvénients quant à son fonctionnement. En effet, l'habitacle d'un véhicule se réchauffe le plus lorsque le véhicule est à l'arrêt, et le moins lorsqu'il roule rapidement du fait du refroidissement dû à la circulation de l'air à l'extérieur de la carrosserie. Or, avec les systèmes connus, le compresseur a tendance à produire plus de froid lorsqu'il fonctionne rapidement, c'est-à-dire lorsque le véhicule roule vite. En revanche, lorsque le véhicule est à l'arrêt et que le moteur tourne au ralenti, la production frigorifique du compresseur est réduite. On est donc amené à surdimensionner les compresseurs pour que, lorsqu'un véhicule est à l'arrêt et le moteur au ralenti, on obtienne une température intérieure satisfaisante lorsque la température extérieure est très élevée. En revanche, plus le véhicule roule vite, plus le compresseur est efficace, et dans ce cas, de fréquents débrayages du compresseur sont nécessaires qui créent à la fois des chocs mécaniques sur l'embrayage et la transmission et des chocs thermiques dans l'habitacle en raison de l'efficacité importante du compresseur à haute vitesse. Le système selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Selon l'invention, un système de conditionnement d'air pour un habitacle d'automobile comprenant un circuit frigorifique à condenseur et évaporateur dans lequel circule un fluide frigorifique, et des moyens de compression, à cylindre et à piston, du fluide, est caractérisé en ce qu'il comporte dans une enceinte hermétique mise en communication avec le circuit frigorifique, les moyens de compression et un moteur à courant continu sans balais pour l'entraînement du piston, ledit moteur étant alimenté par l'intermédiaire du circuit électrique de l'automobile. Ainsi, les moyens de compression sont entraînés par un moteur différent de celui du véhicule. Le fonctionnement des deux moteurs est donc indépendant et, en particulier, celui du moteur électrique du compresseur n'est lié qu'à la demande thermique dans l'habitacle. I1 est en particulier possible de faire fonctionner le système lorsque le véhicule est arrêté. Ensuite, en plaçant dans une même enceinte le moteur et les moyens de compression, on réduit l'encombrement au minimum et on s'affranchit des autres problèmes liés à la transmission entre le moteur et le compresseur, qui sont principalement les fuites de fluide frigorifique à la sortie de l'arbre moteur du compresseur. I1 est possible de placer le compresseur ainsi réalisé en n'importe quel endroit présentant une place suffisante dans l'automobile, et en particulier, il n'est plus nécessaire de le placer à proximité du moteur du véhicule. I1 peut être placé par exemple dans la malle à bagages. Le circuit électrique de l'automobile fournissant du courant continu, il faut utiliser un moteur à courant continu. Cependant, des moteurs classiques à courant continu possèdent des balais amenant le courant aux bobinages du rotor et, lorsque le moteur fonctionne, des étincelles apparaissent aux points de contact des balais et du rotor. Or, dans un compresseur hermétique, le fluide frigorifique est au contact du moteur et est particulièrement sensible aux étincelles qui le détériorent. L'utilisation d'un moteur à courant continu sans balais permet de pallier cet inconvénient. Selon une autre caractéristique de l'invention, un circuit de régulation est placé entre l'alimentation électrique du moteur et le moteur afin de faire varier la vitesse, et donc l'efficacité du compresseur en fonction de la demande thermique et, de ce fait éviter les arrêts répétés du compresseur lorsque la demande est faible, afin d'éviter les chocs thermiques. Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour les usagers de l'automobile. En effet, avec les systèmes connus de l'art antérieur, à chaque embrayage du compresseur, l'évaporateur produit instantanément plus ou moins de froid selon la vitesse du moteur du véhicule. Il s'ensuit que les passagers qui sont à sa proximité ressentent plus ou moins cette production instantanée de froid tant que la température n'est pas stabilisée dans l'habitacle car il y existe alors un gradient de température non négligeable. Avec la présente invention, l'évaporateur ne produit que le froid nécessaire à maintenir la température souhaitée dans l'habitacle. Le gradient de température est limité et les passagers proches de l'évaporateur ne sont pas plus gênés que les passagers éloignés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront avec la description de quelques modes de réalisation faite en regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 est un schéma de principe du système de l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des exemples d'implantations possibles dans une automobile. Sur la figure 1, on remarque que le système de l'invention est bati autour d'un compresseur constitué par un moteur 1 et des moyens de compression, à cylindre 2 et à piston 3 entrasnés par un vilebrequin 4 lié à l'arbre du moteur 1. Ces éléments sont enfermés dans une enceinte hermétique 5 contenant de l'huile et du fluide frigorigène. Le piston 3 et le cylindre 2 permettent de compresser le fluide frigorigène, après séparation. La séparation peut être effectuée par exemple à l'aide d'un disposiif de centifugation, connu en soii et non représenté sur la figure, ou par un autre moyen. Après compression, le fluide est envoyé dans un circuit frigorifique à condenseur 6, évaporateur 7 avant de revenir dans l'enceinte hermétique 5. Le circuit comprend en outre des éléments annexes tels que des organes de détente 8 et de déshydratation 9. Le moteur électrique 1 d'entraînement du piston 3 dans le cylindre 2 est alimenté par le courant continu fourni par la batterie 10 d'accumulateurs de l'automobile, la batterie étant rechargée pendant le fonctionnement de l'automobile par un ensemble 1 1 constitué soit d'un alternateur et d'un régulateur, soit d'une dynamo. Des cosses 12, 13 sont prévues sur l'enceinte 5 pour réaliser la connexion électrique du moteur à la batterie. Des moyens de consigne 14 et de mesure 15 de la température sont placés dans l'habitacle du véhicule et sont associés chacun à une entrée d'un circuit 16 de régulation relié à la batterie 10 du véhicule et au moteur I du ccmpresseur, afin de commander le moteur en fonction de la demande frigorifique. Dans un mode de réalisation préféré, le circuit 16 de régulation est bati autour d'un amplificateur différentiel qui fournit une tension de commande du moteur d'autant plus élevée que l'écart entre la consigne et la mesure est important, ctest-à-dire d'autant plus élevée que la demande frigorifique est élevée. Ainsi, le moteur tourne plus vite si la demande est plus importante et l'évaporateur est plus efficace. Il s'ensuit que la régulation ne s'effectue pas en tout ou rien, mais est proportionnelle à la demande. Il n'y a donc pas de chocs thermiques dans l'habitacle. Un autre avantage de ce mode de réaisation est que, lorsqu'unie température correcte est obtenue dans l'habitacle, le moteur 1 tourne à une vitesse minimum pour la maintenir, ce qui signifie que la consommation et les appels de courant sont minima dans le circuit électrique, alors qu'en tout ou rien, le moteur démarrerait à sa vitesse maximum à chaque fois, entraînant des appels de courant très importants. Grâce à ce mode de réalisation, le régulateur ou la dynamo et la batterie n'étant pas soumis à des appels de courant importants et fréquents, il n'est pas besoin de les surdimensionner outre mesure pour éviter leur détérioration. Avec ce mode de réalisation, le seul appel de courant important qui puisse exister apparaît lors de la mise en route du conditionnement d'air, puisque c'est à cet instant que la différence est importante entre la consigne et la mesure, et que le moteur doit donc démarrer à sa vitesse maximum. Dans un mode de réalisation, les moyens de consigne 14 sont constitués par un potentiomètre dont le curseur délivre une tension de référence à une entrée du circuit 16 de régulation. Dans un mode de réalisation, les moyens de mesure 15 sont constitués par une thermistance délivrant une tension de mesure à une autre entrée du circuit 16 de régulation. De préférence, les moyens de consigne 14 sont placés sur le tableau de bord de l'automobile de façon à être actionnés par le conducteur. Dans un mode de réalisation, les moyens de mesure 15 sont placés en une zone de l'habitacle où règne une température moyenne, pour éviter que certains- passagers soient plus favorisés que d'autres, bien que le gradient de température y soit réduit lorsque la commande du moteur est proportionnelle a la demande thermique. Ces moyens de mesure 15 sont donc placés ni trop loin, ni trop près de ltévaporateur, par exemple en un point milieu de l'habitacle. Sur la figure 2, on a représenté une implantation possible des divers éléments constitutifs du système de l'invention. Une automobile comporte un moteur 17 dans un logement ménagé par exemple à l'avant. La batterie 10 est placée dans le même logement. Les moyens de régulation de la charge de la batterie 10 ne sont pas représentés par souci d'allegement de la figure, mais doivent être également placés à proximité du moteur et de la batterie, car ils sont entraînés par le moteur. Dans l'exemple représenté, l'enceinte hermétique 5 enfermant le moteur électrique et les moyens de compression est placée dans un espace laissé libre entre le moteur de l'automobile et l'habitacle, par exemple dans un creux de l'intérieur d'une aile de roue. Une connexion électrique est réalisée entre la batterie 1D et le moteur 1 grâce aux cosses 12, 13 situées sur enceinte hertz tique 5. Le circuit hermétique comprenant notamment le condenseur 6 et l'évaporateur 7 est relié à l'enceinte hermétique 5. L'évaporateur 7 est en contact thermique avec l'habitacle 18 du l'automobile. Pour celà, il est par exemple dans un logement 19 en communication avec l'habitacle grâce à des bouches 20, 21 de transfert du froid. Dans un mode de réalisation, on utilise les memes bouches que celles qui servent au chauffage du véhicule en période froide. Le transfert du froid est monté par des flèches sur la figure. Le condenseur 6 est dans une zone du logement du moteur 17 de l'automobile permettant l'évacuation aisée des calories. Les moyens de commande 14 du moteur 1 du compresseur et les moyens de contrôle l5,de la température sont dans l'habitacle, les moyens de commande 14 se trouvent sur le tableau de bord, et les moyens de contrôle 15 se trouvent dans une zone non directement soumise à l'évaporateur, mais où il règne une température moyenne. Par souci de clarté, le circuit de régulation 14 n'est pas représenté. Il peut etre fixé sur l'enceinte 5 ou bien encore importe oU sur le circuit électrique d'alimentation. Dans une variante non représentée, l'enceinte hermétique 5 contenant le moteur 1 et les moyens de compression 2, 3, 4s est dans un logement ménagé dans l'habitacle, sous l'un des sièges du véhicule, par exemple le siège arrière qui demeure fixe. Dans une autre variante, l'enceinte hermétique est placée dans la malle à bagages. Dans ces diverses variantes, deux simples fils électriques suffisent à assurer l'alimentation de l'ensemble moteur 1 compresseur 2, 3. Une première liaison relie l'une 12 des cosses 12, 13 placées à l'extérieur de l'enceinte à l'un des pôles de la batterie 10, et une seconde liaison relie 17autre cosse 13 à l'autre pôle de la batterie 10. Lorsque le compresseur est dans la malle à bagages, afin de réduire la longueur du circuit frigorifique, le condenseur peut être placé à proximité, ainsi que l'évaporateur. Ainsi, si la malle à bagages est à l'arrière, comme le montre la figure 3, le condenseur 6 peut être mis en change thermique avec l'extérieur du véhicule en étant placé dans un logement possédant au moins une bouche 22 d'aeration vers l'extérieur, et l'évaporateur 7 peut être dans ce cas dans un logement placé sous le siège arrière 23 du véhicule, au moins une bouche 24 de communication avec l'habitacle étant également sous ce siège. Les moyens de commande 14 et de mesure i5 ne sont pas représentés sur cette figure car ils peuvent conserver les rr emes emplacements que dans le cas de la figure 3. Avec un tel système, il est possible d'obtenir une température de 25 C dans l9habitacle, alors qu'à l'extérieur la température est de 400 C, et ce avec un compresseur de 30 centimètres cube, le véhicule étant à l'arrêt ou au ralenti Avec un système de l'art antérieur, il est impossible de conditionner à l'arrêt. I1 faut que le moteur tourne au moins au ralenti et une température de 250 C à l'intérieur de l'habitacle alors qu'il fait 40C C à l'extérieur ne peut être obtenu qu'avec un compresseur de 100 centimètres cube. REVENDICATIONS 1. Système de conditionnement d'air pour un habitacle (18 d'automobile, comprenant un circuit frigonfiqùe à condenseur (6) et à évaporateur (7) dans lequel circule un fluide frigorigène, et des moyens de compression à cylindre (2) et à piston (3) de ce fluide, caractérisé en ce qu'il comporte, dans une enceinte hermétique (5), en communication avec le circuit frigorifique, les moyens de compression et un moteur (1) à courant continu sans balais pour l'entraînement du piston, ledit moteur (1) étant celui alimenté par le circuit électrique de l'automobile. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, dans le circuit électrique d'alimentation du moteur 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit (16) de régulation possède deux entrées reliées l'une à des moyens de consigne (14) de la température de l'habitacle et l'autre à des moyens de mesure (15) de la température dans l'habitacle, et en ce qu'il possède une sortie reliée au moteur (1). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (16) de régulation comporte des moyens pour faire varier la vitesse du moteur en fonction de la demande thermique. 5. Système selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de consigne (14) sont constitués par un potentiomètre dont le curseur délivre à une première entrée du circuit (16) de régulation une tension image de la température à obtenir dans l'habitacle ( 6. Système selon la revendication B, caractérisé en ce que les moyens de consigne (15) sont constitués par une thermistance qui délivre à une seconde entrée du circuit (16) de régulation une tension image de la température moyenne régnant dans l'habitacle. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 précédentes, caractérisé en ce que le circuit de régulation possède un amplificateur pour délivrer à sa sortie reliée au moteur, une tension fonction de l'écart entre la tension à chacune de ses entrées. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 précédentes, caractérisé en ce que les moyens de consigne (14) sont sur le tableau de bord du véhicule. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte hermétique (5) contenant le moteur (1) et les moyens de compression (2, 3, 4) est dans le même logement que le moteur (17) de l'automobile. 10. Système selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que l'enceinte hermétique (5) est sous le siège de l'automobile. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enceinte hermétique (2 est dans la malle à bagages de l'automobile. 12. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la malle à bagages étant à l'arrière de l'automobile, l'évaporateur (7) est dans un logement ménagé sous le siège arrière (23), en contact thermique avec l'habitacle (18) grâce à une bouche (24), le condenseur (6) étant dans un logement en contact thermique avec Texte rieur grâce à une bouche d'aération (22).