Brevet FR2639009A1 — publié le 19900518

Dispositif de chauffage pour véhicule automobile comportant un générateur de chaleur L'invention concerne un dispositif de chauffage pour véhicule automobile, comportant un générateur de chaleur. Pour chauffer l'habitacle d'un véhicule automobile à moteur à combustion interne, on utilise habituellement la chaleur du fluide de refroidissement du moteur qui circule en circuit fermé et qui s'échauffe par l'énergie thermique engendrée par le fonctionnement du moteur. Le circuit du fluide de refroidissement comprend classiquement une partie sur laquelle est monté un échangeur de chaleur servant de radiateur de refroidissement et une partie sur laquelle est monté un échangeur de chaleur servant de radiateur de chauffage. Le radiateur de refroidissement est destiné à être traversé par de l'air extérieur pour refroidir le liquide de refroidissement, lorsque la température de ce dernier est supérieure à un certain seuil. Le radiateur de chauffage est destiné, quant à lui, à être traversé par de l'air extérieur pour le réchauffer et l'envoyer à l'intérieur de l'habitacle du véhicule, ce radiateur de chauffage bénéficiant ainsi des pertes thermiques du moteur. Pour que le dispositif de chauffage puisse fonctionner efficacement, il est donc nécessaire que le fluide de refroidissement du moteur soit suffisamment échauffé pour pouvoir céder de la chaleur à l'air qui traverse le radiateur de touLfage. Or, un tel échauffement est particulièrement long à réaliser par temps froid et notamment au cours de la phase de démarrage du moteur, cela d'autant plus que l'inertie des masses à chauffer, c'est-à-dire fluide de refroidissement plus moteur, est grande. De plus,; cet échauffement peut n'être jamais réalisé dans des conditions extrêmes, telles que celles obtenues par des moteurs à rendement amélioré, du type adiabatique. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, on a proposé de monter, dans le circuit du fluide de refroidissement, un générateur de chaleur propre à fournir un chauffage d'appoint à l'habitacle du véhicule et/ou à entretenir une température de fonctionnement suffisante du moteur, même au ralenti. Des générateurs de chaleur appropriés sont décrits, par exemple, dans les demandes de brevet français nO 85-11596, 85-11597, 85-11598, 85-19286 et 86-01456 au nom de la Demanderesse. Dans les dispositifs de chauffage connus qui utilisent un générateur de chaleur, ce dernier est monté en série dans le circuit du fluide de refroidissement et est commandé de manière à fournir à celui-ci un complément de chaleur. On peut ainsi faciliter la montée en température du fluide et, par conséquent, le chauffage de l'air à introduire dans l'habitacle du véhicule. Cependant, dans certaines conditions, ces dispositifs connus présentent un inconvénient en ce sens que la chaleur produite par le générateur de chaleur sert en grande partie à chauffer la totalité du fluide de refroidissement ainsi que la masse du moteur, c'est-à-dire un ensemble représentant une inertie thermique élevée. Et de plus, le générateur ayant lui-même sa propre inertie thermique, prend des calories au moteur pour se chauffer et, par conséquent, ralentit la montée en température globale du circuit de refroidissement et du moteur. Dans ces conditions, et tant que la température du générateur de chaleur n'a pas atteint celle du circuit de refroidissement, seule une partie de la chaleur produite par le moteur est apportée au radiateur de chauffage, et cela pendant un temps d'autant plus long que a masse à chauffer du générateur présente une inertie thermique élevée. L'invention a notamment pour but d'éviter les inconvénients des dispositifs de chauffage de la technique antérieure, comportant un générateur de chaleur. L'invention propose, à cet effet, un dispositif de chauffage pour véhicule automobile, comprenant un circuit amenant le fluide de refroidissement du moteur à un échangeur de chaleur pour le chauffage de l'habitacle et comprenant un générateur de chaleur commandé. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce circuit passe par une vanne commandée, possédant une entrée et deux sorties, dont l'une est connectée à une première branche traversant le générateur de chaleur et l'autre est connectée à une seconde branche court-circuitant celui-ci, des moyens étant prévus pour commander ladite vanne en fonction d'une information captée, reliée à l'aptitude du générateur de chaleur à améliorer le chauffage. Si cette information montre que l'aptitude du générateur de chaleur à améliorer le chauffage n'est pas suffisante, les moyens de commande amèneront la vanne dans la position où le fluide de refroidissement peut passer par la seconde branche, sans traverser le générateur de chaleur. Par contre, si cette information montre que l'aptitude du générateur de chaleur à améliorer le chauffage est suffisante, les moyens de commande amèneront la vanne dans la position où le fluide de refroidissement peut circuler dans la première branche et, par conséquent, à travers le générateur de chaleur. Dans tous les cas, on bénéficiera de la source de chaleur la plus chaude (moteur ou moteur et générateur de chaleur) pour chauffer le fluide de refroidissement alimentant l'échangeur de chaleur servant de radiateur de chauffage. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ladite information captée est une information de température reliée au fluide de refroidissement et donnée par un capteur principal de température interposé dans la première branche. Les moyens de commande de la vanne sont alors opératoires pour faire passer le fluide dans la seconde branche ou la première branche selon que la température mesurée par le capteur principal est respectivement inférieure ou supérieure à une valeur de référence. Dans ces conditions, le fonctionnement de la vanne est absolument automatique et dépend de la valeur de la température mesurée par le capteur principal dans la première branche traversant le générateur de chaleur. Avantageusement, ladite valeur de référence est fournie par un capteur secondaire de température qui détecte la température du fluide de refroidissement dans le circuit en amont de la vanne par rapport au sens de circulation du fluide. Dans ces conditions, lorsque la température détectée par le capteur principal est inférieure à la température détectée par le capteur secondaire, le fluide de refroidissement provenant du moteur est amené directement à l'échangeur de chaleur, sans passer par le générateur de chaleur. Par contre, lorsque la température mesurée par le capteur principal est supérieure à la température mesurée par le capteur secondaire, le fluide de refroidissement provenant du moteur est amené à l'échangeur de chaleur en passant par le générateur de chaleur. En variante, la valeur de référence est une valeur de consigne correspondant à un seuil de température fixé à l'avance. En pareil cas, il n'est pas nécessaire de prévoir d'autre capteur que le capteur principal. Avantageusement, le capteur principal de température est logé dans le générateur de chaleur. Ce capteur peut, par exemple, détecter la température du fluide de refroidissement directement dans le générateur de chaleur. En variante, il peut détecter la température d'un autre fluide qui échange de la chaleur avec le fluide de refroidissement et cela dans le générateur de chaleur. En variante, le capteur principal interposé dans la première branche détecte la température du fluide de refroidissement en aval du générateur de chaleur par rapport au sens de circulation du fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est avantageux que la vanne autorise un faible débit de fluide de refroidissement dans la première branche, c'est-à-dire celle qui contient le générateur de chaleur, lorsque le fluide passe par la seconde branche, c'est-à-dire la branche de court-circuit. On évite ainsi une éventuelle surchauffe du fluide de refroidissement, au sein même du générateur de chaleur, lorsque le fluide circule normalement par la branche de court-circuit. Bien que l'invention puisse fonctionner avec tout type de générateur de chaleur, il est particulièrement avantageux d'utiliser un générateur de chaleur lié au fonctionnement du moteur. En effet, lorsque ce générateur de chaleur est commandé ou mis en marche, il charge le moteur en provoquant la montée en température du fluide de refroidissement d'une façon accélérée, du fait de l'augmentation des pertes du moteur, et ceci quelle que soit la position de la vanne. A cet égard, on peut utiliser des générateurs de chaleur du type à friction, comme ceux décrits dans les brevets français 85-11598 et 86-01456 déjà cités. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure unique représente schématiquement un dispositif de chauffage selon l'invention, interposé dans le circuit du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne. On a représenté sur la figure un moteur 10 à combustion interne dont le refroidissement est assuré par un fluide, par exemple un mélange d'eau et de glycol, qui circule en circuit fermé. Ce fluide sert également au chauffage de l'habitacle du véhicule. Le fluide de refroidissement est chauffé par le moteur et quitte celui-ci par une conduite de sortie 12 sur laquelle est interposée une pompe à eau 14. La conduite 12 se divise, en un point 16, en deux boucles 18 et 20. Ces dernières se raccordent, en un point 22, à une conduite d'entrée 24 amenant le fluide de refroidissement à l'entrée du moteur 10. La boucle 18 qui constitue la boucle de refroidissement proprement dite, se divise en deux conduits 26 et 28 dont les entrées respectives sont commandées par une vanne 30 à commande thermostatique et dont les sorties respectives se raccordent en un point 32 de la boucle 18. Sur la conduite 26, est monté un échangeur de chaleur 34 servant de radiateur de refroidissement, auquel est associé un groupe motoventilateur 36, ce radia teur comportant facultativement un vase d'expansion 38. Sur la boucle 20, qui constitue la boucle de chauffage, est monté un échangeur de chaleur 40 servant de radiateur de chauffage pour échauffer de l'air frais prélevé à l'exté rieur de l'habitacle du véhicule et l'introduire dans cet habitacle. Dans le circuit ainsi constitué, le fluide de refroidis sement circule en circuit fermé dans le sens indiqué par les flèches. Le circuit du fluide de refroidissement avec sa boucle de refroidissement et sa boucle de chauffage, tel que décrit précédemment, est classique. Conformément à l'invention, une vanne 42 est interposée dans la boucle 20, dans la partie comprise entre le point 16 et l'échangeur de chaleur 40. Cette vanne 42 est une vanne à trois voies qui comprend une entrée 44 connectée à la boucle 20 et deux sorties 46 et 48 connectées respectivement à une première branche 50 et une seconde branche 52. Les branches 50 et 52 se raccordent en aval, par rapport au sens de la circulation du fluide de refroidissement, en un point 54 qui est lui-même situé en amont de l'échangeur 40. La première branche 50 traverse un générateur de chaleur 56 qui, dans l'exemple, est un générateur à friction entrainé par l'énergie mécanique du moteur 10. Ce générateur est commandé par des moyens de commande 58 qui peuvent être manuels ou automatiques. La branche 52 est une branche de court-circuit qui relie directement la sortie 48 de la vanne 42 au point 54 de la boucle 20. La vanne 42 est pilotée par des moyens de commande 60, représentés schématiquement, propres à amener cette vanne dans deux positions différentes : une position dans laquelle le fluide de refroidissement circule dans la boucle 20 en passant par la branche 50 et le générateur de chaleur 56 et une autre position dans laquelle ce fluide passe par la branche de court-circuit 52. Un capteur principal de température 62 est interposé sur la branche 50, en aval du générateur de chaleur ~56. Ce capteur permet de détecter la température du fluide de refroidissement immédiatement à la sortie du générateur de chaleur 56 et cette information de température est prise en compte par les moyens de commande 60. En outre, un capteur secondaire de température 64 est interposé sur la boucle 20 entre le point 16 et la vanne 42 pour détecter la température du fluide de refroidissement dans la boucle 20 en amont de la vanne 42. Cette information de température est prise en compte par les moyens de commande 60. L'installation telle que représentée sur le dessin fonctionne de la façon suivante. Après démarrage du moteur à froid, le fluide de refroidissement circule, sous l'action de la pompe à eau 14, dans le sens indiqué par les flèches. Dans une première phase de fonctionnement, dans laquelle la température du fluide de refroidissement est inférieure à un seuil prédéterminé, la vanne thermostatique 30 est dans une position telle que le fluide circulant dans la boucle 18 passe seulement à travers la conduite 26, sans traverser l'échangeur de chaleur 34, et cela de manière à favoriser la montée en température du moteur et du fluide de refroidissement. Au cours de cette même phase de fonctionnement, le générateur de chaleur 56 peut être mis en marche, par les moyens de commande 58, pour créer une charge sur le moteur et accélérer ainsi son temps de mise en température, tout en permettant d'assurer un appoint de chaleur au fluide de refroidissement. Lorsque la température du fluide de refroidissement atteint la valeur de seuil précitée, la vanne thermostatique 30 prend une deuxième position dans laquelle le fluide de refroidissement circulant dans la boucle 18 passe à travers l'échangeur de chaleur 34. Le générateur de chaleur 40 est alors, en principe, arrêté puisque le fluide de refroi- dissement a atteint une température suffisamment élevée pour assurer le chauffage de l'air par l'échangeur de chaleur 40. C'est donc essentiellement dans la première phase de fonctionnement précitée que le générateur de chaleur entre en fonction pour élever la température du fluide de refroidissement. Les moyens de commande 60 agissent sur la vanne 42 en fonction des informations de température délivrées par le capteur principal 62 et le capteur secondaire 64. Si l'on désigne respectivement par T1 et T2 les valeurs de température détectées par les capteurs 64 et 62, les moyens de commande 60 agiront sur la vanne 42 selon que T2 est supérieure ou inférieure à T1. Lorsque T2 est inférieure à T1, ce qui signifie que l'aptitude du générateur de chaleur 56 à améliorer le chaufage n'est pas suffisante, la vanne 42 est dans une position telle que le fluide de refroidissement circule dans la branche de court-circuit 52, sans traverser le générateur de chaleur 56. Le générateur qui se trouve ainsi isolé du circuit va monter en température grâce à la puissance thermique obtenue par transformation de l'énergie mécanique prise au moteur en chargeant ce dernier et en provoquant sa montée en température, et cela sans pénaliser le circuit de refroidissement par l'inertie thermique propre au générateur. Pendant cette phase de fonctionnement, la chaleur fournie à l'échangeur de chaleur 40 provient donc uniquement du moteur. Lorsque T2 est supérieure ou égale à T1, les moyens de commande 60 agissent sur la vanne 42 pour l'amener dans la position où le fluide circule par la branche 50 et donc à travers le générateur de chaleur 56. En pareil cas, le circuit du fluide de refroidissement bénéficie de la puissance thermique obtenue par transformation de l'énergie mécanique prise au moteur 10. La commande de la vanne 42 sous l'action des moyens de commande 60 se fait d'une manière automatique en fonction des informations délivrées par les deux capteurs 62 et 64 et cela lorsque le générateur de chaleur 56 est commandé, c'est-à-dire en fonctionnement. Pour détecter la température T2, et uniquement cette température T2 on a avantage à utiliser un capteur à lecture décalée, de manière à éviter que la vanne 42 puisse passer, d'une façon intempestive, de l'une à l'autre de ces deux positions. En effet, lorsque la vanne pivote pour permettre l'arrivée du fluide de refroidissement dans la branche 50, la température du fluide dans cette branche baisse sensiblement, ce qui risque d'entrainer le pivotement de la vanne vers sa position antérieure. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure, le capteur principal 62 est situé en aval du générateur de chaleur 56. I1 pourrait être envisagé de le placer à l'intérieur même de ce générateur pour détecter, par exemple, la température du fluide de refroidissement à l'intérieur-du générateur de chaleur. Si ce dernier comprend deux enceintes parcourues respectivement par le fluide de refroidissement et par un autre fluide, tel que de l'huile, en échange thermique avec le fluide de refroidissement, la détection de température peut également s'effectuer sur cet autre fluide. Comme indiqué plus haut, on peut avoir intérêt à choisir une vanne 44 qui autorise un faible débit du liquide de refroidissement dans la branche 50, lorsque ladite vanne est dans la position autorisant le passage du fluide en la branche 52 de court-circuit. On évite ainsi tout risque de surchauffe du générateur de chaleur. En outre, bien que l'invention ait été décrite en référence à des générateurs de chaleur du type à friction, on peut utiliser d'autres types de générateur, par exemple des générateurs de chaleur à brûleur, des générateurs à coupleur hydrodynamique, etc. Revendications 1. - Dispositif de chauffage pour véhicule automobile, comprenant un circuit (20) amenant le fluide de refroidissement du moteur (10) à un échangeur de chaleur (40) pour le chauffage de l'habitacle, et comprenant un générateur de chaleur commandé (56), caractérisé en ce que ledit circuit (20) passe par une vanne commandée (42) possédant une entrée (44) et deux sorties (46,48), dont l'une (46) est connectée à une première branche (50) traversant le générateur de chaleur (56) et l'autre (48) est connectée à une seconde branche (52) court-circuitant celui-ci et en ce que sont prévus des moyens (60) de commande de ladite vanne (42) en fonction d'une information captée reliée à l'aptitude du générateur de chaleur (56) à améliorer le chauffage. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite information captée est une information de température reliée au fluide de refroidissement et donnée par un capteur principal de température (62) interposé dans la première branche (50) et en ce que les moyens (60) de commande de la vanne (42) sont opératoires pour faire passer le fluide dans la seconde branche (52) ou la première branche (50) selon que la température mesurée par le capteur principal (62) est respectivement inférieure ou supérieure à une valeur de référence. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de référence est fournie par un capteur secondaire de température (64) qui détecte la température du fluide de refroidissement dans le circuit, en amont de la vanne (42) par rapport au sens de circulation du fluide. 4. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de référence est une valeur de consigne correspondant à un seuil de température fixé à l'avance. 5. - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le capteur principal de température (62) est logé dans le générateur de chaleur (56). 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur principal de température (62) détecte la température du fluide de refroidissement dans le générateur de chaleur (56). 7. - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le capteur principal de température (62) détecte la température du fluide de refroidissement en aval du générateur de chaleur (56) par rapport au sens de circulation du fluide. 8. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vanne (42) autorise un faible débit de fluide de refroidissement dans la première branche (50) lorsque le fluide passe par la seconde branche (52). 9. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le générateur de chaleur (56) est lié au fonctionnement du moteur (10). 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le générateur de chaleur (56) est du type à friction.