Brevet FR2697211A1 — publié le 19940429

) 2697211 Dispositif de refroidissement et de climatisation pour véhicule électrique L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement du moteur de traction/propulsion et pour le chauffage et/ou la ventilation, ou la climatisation, de l'habitacle d'un véhicule, comprenant un radiateur de refroidissement du moteur et de chauffage de l'habitacle et un pulseur pour produire un courant d'air de ventilation provenant de l'habitacle et/ou de l'exté- rieur, ainsi qu'un organe de réglage d'entrée d'air permettant de faire varier de O à 100 % un premier rapport entre le débit d'air prélevé à l'extérieur du véhicule et le débit total produit par le pulseur, un organe de réglage de sortie d'air permettant de fermer et d'ouvrir progressivement une sortie d'air vers l'extérieur du véhicule, et un organe de mixage permettant de faire varier de O à 100 % un second rapport représentant la fraction de débit d'air venant au contact d'une source de chaleur, placée en aval du pulseur, par rapport au débit d'air envoyé dans l'habitacle. De tels dispositifs sont utilisés en particulier dans des véhi- cules à traction/propulsion électrique, la source de chaleur comprenant une source auxiliaire, par exemple électrique, qui est mise en service lorsque la chaleur dégagée par le moteur électrique de traction et ses équipements annexes n'est pas suffisante pour assurer le chauffage de l'habitacle. Un but de l'invention est d'assurer une commande coordonnée des différents organes réglables du dispositif, répondant de façon optimale à toutes les conditions d'utilisation. Un autre but est de minimiser la dépense d'énergie du disposi- tif, allongeant ainsi l'autonomie dans le cas d'un véhicule électrique. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, dans lequel: a) l'organe de réglage d'entrée d'air est placé en amont du pulseur, b) ladite source de chaleur comprend le radiateur de refroidissement, c) l'air circule librement du pulseur à la source de chaleur et, en aval de celle-ci, est soit évacué vers l'exté- rieur, soit envoyé vers l'habitacle par des trajets qui peuvent être obturés par l'organe de réglage de sortie d'air et par l'organe de mixage respectivement, d) les positions des deux organes de réglage et de l'organe de mixage et le débit du pulseur sont commandés par un organe de commande mobile selon une course univoque comportant une première portion le long de laquelle le premier rapport varie d'une valeur voisine mais distincte de 100 % à 0, l'organe de réglage de sortie d'air reste entièrement ouvert, le second rapport reste égal à O et le débit du pulseur varie progressivement d'une valeur maximale à une valeur minimale, et une seconde portion le long de laquelle le premier rapport varie de O à 100 %, l'organe de réglage de sortie d'air se déplace progressivement de sa position de pleine ouverture à sa position de fermeture, le second rapport varie progressive- ment de O à 100 % et le débit du pulseur augmente progressivement à partir de ladite valeur minimale. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, du dispositif selon l'invention sont énoncées ci-après: Il comprend un appareil de climatisation comportant un évaporateur interposé entre le pulseur d'une part, la source de chaleur et l'organe de mixage d'autre part, cet appareil étant commandé par l'organe de commande de façon à fonctionner seulement dans la seconde portion de ladite course. La source de chaleur comprend en outre une source auxiliaire commandée par l'organe de commande, la seconde portion de ladite course étant subdivisée en une première sous-portion le long de laquelle la source auxiliaire est hors service et en une seconde sous-portion le long de laquelle la source auxiliaire est en service. La source auxiliaire dégage une puissance calorifique croissante le long de la seconde sous- portion. Le débit du pulseur atteint une valeur intermédiaire à la fin de la première sous-portion et ladite valeur maximale à la fin de la seconde sous-portion. La source auxiliaire est un radiateur électrique. Il comprend une première branche de circuit d'air contenant le pulseur et le cas échéant l'évaporateur et se raccordant en amont à une entrée d'air recirculé et à une entrée d'air extérieur, commandées par l'organe de réglage d'entrée d'air, et en aval à des sorties d'air vers l'habitacle, et une seconde branche de circuit d'air disposée en dérivation sur la première branche, en aval du pulseur et le cas échéant de l'évaporateur, et contenant la source de chaleur, l'organe de mixage étant propre à obturer dans ses deux positions extrêmes respectivement la première branche et la jonction aval entre les deux branches, et l'organe de réglage de sortie d'air commandant une sortie d'air vers l'extérieur qui s'ouvre dans la seconde branche, en aval de la source de chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels les figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6 représentent schématiquement certains éléments d'un dispositif selon l'invention, respective- ment dans six états de fonctionnement différents; et les figures la, 2 a, 3 a, 4 a, 5 a et 6 a montrent les positions d'un organe de commande correspondant respectivement à ces six états de fonctionnement. Les figures 1 à 6 montrent le circuit d'air d'un dispositif de refroidissement du moteur de traction/propulsion électrique d'un véhicule, et de climatisation de l'habitacle de ce véhicule Ce circuit d'air comprend une branche principale 1 s'étendant entre une entrée d'air recirculé 2 reliée à l'habitacle, notamment à la partie arrière de celui-ci, et des sorties 3 vers l'habita- cle, notamment à la base du pare-brise, sur le tableau de bord et à la partie inférieure de l'habitacle Cette branche 1 forme donc avec l'habitacle une boucle fermée Elle contient un pulseur 4 et, en aval de celui-ci, c'est-à-dire entre le pulseur et les sorties 3, un évaporateur 5 faisant partie d'un circuit de fluide réfrigérant non représenté dans son ensemble. Une entrée d'air extérieur 6 s'ouvre dans la branche 1, en amont du pulseur 4, et un volet d'entrée d'air 7 peut pivoter entre une première position, représentée aux figures 5 et 6, o il obture l'entrée d'air extérieur 6 et une seconde position, illustrée à la figure 3, dans laquelle il obture l'entrée d'air recirculé 2, faisant ainsi varier de O à 100 % le rapport entre le débit d'air prélevé à l'extérieur du véhicule et le débit total produit par le pulseur. Le circuit comprend également, en aval de l'évaporateur 5, une branche dérivée 8 sur toute la section transversale de laquelle s'étend un bloc formé de deux radiateurs disposés en série, à savoir un premier radiateur 9 dans lequel circule un fluide de refroidissement pour le moteur électrique de traction et pour ses équipements annexes (électronique de puissance, batterie d'alimentation) et un radiateur électrique auxiliaire 10 pour le chauffage de l'habitacle, notamment un radiateur à résistance électrique à coefficient de température positif Les branches 1 et 8 sont séparées l'une de l'autre par un volet de mixage 11 pouvant pivoter autour d'un axe 12 qui s'étend selon le bord, tourné vers la branche 1, de la face 13 du bloc 9, 10 par laquelle entre l'air envoyé par le pulseur Le volet Il peut pivoter entre une première position, illustrée aux figures 1 à 3, dans laquelle il ferme la jonction aval entre les branches 1 et 8, interdisant ainsi l'envoi dans l'habitacle d'air chauffé par le bloc radiateur, et une seconde position, montrée aux figures 5 et 6, dans laquelle il obture la branche 1, entre ses deux jonctions avec la branche 8, obligeant au contraire l'air envoyé vers l'habitacle à traverser le bloc radiateur Le volet 11 présente un appendice 14 qui s'étend vers l'amont à partir de l'axe 12 en formant un angle obtus avec la partie principale aval du volet Cet appendice constitue un déflecteur qui favorise l'entrée d'air dans la branche 8 dans la première position du volet, et au contraire dans la branche 1 dans la seconde position de celui-ci Dans cette dernière position, l'appendice 14 s'étend en travers de la branche 8, sur une fraction minoritaire de la section transversale de celle-ci. Une sortie d'air 15 vers l'extérieur du véhicule débouche dans la branche 8, en aval du bloc 9, 10, et est munie d'un volet de réglage 16 pouvant se déplacer entre une position de fermeture illustrée aux figures 5 et 6 et une position de pleine ouverture montrée aux figures 1 à 3. Le pulseur 4, l'appareil de climatisation comprenant l'évapora- teur 5, le radiateur auxiliaire 10 et les volets 7, 11 et 16 sont commandés, par des moyens qui ne font pas partie de l'invention, à partir d'un organe de commande unique comprenant un curseur 20 (figures la à 6 a), qui se déplace le long d'une fente horizontale 21 ménagée dans un tableau de commande du poste de conduite du véhicule, et qui peut être relié à un levier ou à un élément coulissant qui traverse la fente Sur le tableau de commande, au-dessus de la fente 21, sont apposés des symboles graphiques servant de repères pour les différentes positions du curseur 20 Ces symboles comprennent un triangle de couleur bleue 22 et un triangle de couleur rouge 23 allongés dans la direction horizontale à partir d'un sommet commun 24 situé en regard d'une position moyenne du curseur 20, et dont les côtés respectifs 25 et 26 opposés à ce sommet sont situés en regard des extrémités gauche et droite respectivement de la course du curseur 20 Le triangle 23 est interrompu, entre le sommet 24 et le côté 26, par une étroite bande verticale 27 de la couleur du fond entourant les deux triangles De la gauche vers la droite, le triangle bleu correspond à la commande du refroidissement de l'habitacle à une puissance décroissante, et le triangle rouge correspond à la commande du chauffage de l'habitacle à une puissance croissante. Les figures 1 et la montrent la position du curseur 20, et les positions des volets qui en découlent, pour obtenir un refroi- dissement maximal de l'habitacle L'appareil de climatisation est en service et le pulseur 4 est alimenté sous sa tension maximale, ce qui assure un débit maximal de chaleur cédée à l'évaporateur 5 par le courant d'air circulant dans la branche 1 Le volet de mixage 11 est dans sa première position, dégageant la branche 1 et permettant un libre accès de l'air refroidi aux sorties 3 vers l'habitacle Le volet de sortie 16 est dans sa position de pleine ouverture, permettant l'évacua- tion vers l'extérieur du véhicule de l'air chauffé par le radiateur 9 servant au refroidissement du moteur de traction Le volet d'entrée 7 est réglé de façon à permettre l'entrée d'air extérieur pour compenser cette sortie d'air chauffé, mais est plus proche de sa première position que de sa seconde position de façon que la majorité de l'air circulant dans la branche 1 soit de l'air recirculé. Les figures 2 et 2 a correspondent à une position du curseur 20 intermédiaire entre la position de refroidissement maximale montrée à la figure la et la position neutre montrée à la figure 3 a Le déplacement progressif du curseur dans cette première portion de sa course s'accompagne d'une diminution progressive de la tension d'alimentation du pulseur jusqu'à une valeur minimale et d'un déplacement progressif du volet 7 jusqu'à sa seconde position Le débit d'air produit par le pulseur, le débit de chaleur cédée à l'évaporateur et le débit d'air circulant dans l'habitacle diminuent progressivement Les positions des volets 11 et 16 sont inchangées. Les figures 3 et 3 a montrent la position neutre du curseur 20, atteinte à la fin de la première portion de sa course, et la position correspondante du volet 7 De plus, l'appareil de climatisation est hors service Dans cette position, le dispositif sert exclusivement au refroidissement du moteur et de ses équipements annexes. Les figures 4 et 4 a sont relatives à une première sous-portion de la portion "chauffage" de la course du curseur 20, correspon- dant à un chauffage économique et se terminant en regard de la bande 27 Lorsque le curseur se déplace progressivement du point 24 à la bande 27, la tension d'alimentation du pulseur 4 augmente progressivement de sa valeur minimale à une valeur intermédiaire, le volet d'entrée 7 pivote de sa seconde position à sa première position, le volet 11 pivote de sa première position à sa seconde position, et le volet 16 pivote de sa position de pleine ouverture à sa position de fermeture Bien entendu, l'appareil de climatisation reste hors service On fait ainsi croître à la fois le débit d'air produit par le pulseur, la fraction de ce débit qui traverse le radiateur 9 et la fraction de ce même débit qui traverse l'habitacle Il résulte de ces actions conjuguées une augmentation progressive du débit de chaleur fournie à l'habitacle. A la figure 5 a, le curseur 20 se trouve dans la seconde sous- portion de la portion "chauffage" de sa course, au-delà de la bande 27 Dans cette zone, comme montré par la figure 5, les positions des volets sont les positions finales de la zone précédente telles que définies ci-dessus La tension d'alimenta- tion du pulseur continue de croître jusqu'à sa valeur maximale, atteinte pour la position extrême du curseur 20 illustrée à la figure 6 a Le radiateur auxiliaire 10 est sous tension et fournit donc un débit de chaleur complémentaire Dans le cas o le radiateur 10 présente une résistance à coefficient de température positif, la puissance qu'il dissipe croît également avec le débit d'air, ce qui augmente encore le débit de chaleur envoyée dans l'habitacle. En variante, l'appareil de climatisation, et l'évaporateur 5 qui en fait partie, peut être supprimé, la commande des autres éléments étant inchangée à l'exclusion du volet 7 qui reste en pleine ouverture de l'entrée d'air 6 Dans la portion "froid" de la course de l'organe de commande, l'envoi d'air réfrigéré correspondant à un débit frigorifique décroissant est remplacé par une simple ventilation à un débit volumique décroissant Ce dernier type de fonctionnement peut également être obtenu par la mise hors service d'un appareil de climatisation existant, indépendamment de la position de l'organe de commande 20, dans un but d'économie d'énergie, ou en cas de défaillance de cet appareil de climatisation. L'organe de commande 20 destiné à être manoeuvré manuellement peut être remplacé par un organe de commande automatique piloté selon un programme préétabli. Revendications 1 Dispositif pour le refroidissement du moteur de traction/propulsion et pour le chauffage et/ou la ventilation, ou la climatisation, de l'habitacle d'un véhicule, comprenant un radiateur ( 9) de refroidissement du moteur et de chauffage de l'habitacle et un pulseur ( 4) pour produire un courant d'air de ventilation provenant de l'habitacle et/ou de l'extérieur, ainsi qu'un organe de réglage d'entrée d'air ( 7) permettant de faire varier de O à 100 % un premier rapport entre le débit d'air prélevé à l'extérieur du véhicule et le débit total produit par le pulseur, un organe de réglage de sortie d'air ( 16) permettant de fermer et d'ouvrir progressivement une sortie d'air ( 15) vers l'extérieur du véhicule, et un organe de mixage ( 11) permettant de faire varier de O à 100 % un second rapport représentant la fraction de débit d'air venant au contact d'une source de chaleur ( 9,10), placée en aval du pulseur, par rapport au débit d'air envoyé dans l'habitacle, caractérisé en ce que: a) l'organe de réglage d'entrée d'air est placé en amont du pulseur, b) ladite source de chaleur comprend le radiateur de refroidissement ( 9), c) l'air circule librement du pulseur à la source de chaleur et, en aval de celle-ci, est soit évacué vers l'exté- rieur, soit envoyé vers l'habitacle par des trajets qui peuvent être obturés par l'organe de réglage de sortie d'air et par l'organe de mixage respectivement, d) les positions des deux organes de réglage et de l'organe de mixage et le débit du pulseur sont commandés par un organe de commande ( 20) mobile selon une course univoque ( 25-26) compor- tant une première portion ( 25-24) le long de laquelle le premier rapport varie d'une valeur voisine mais distincte de % à 0, l'organe de réglage de sortie d'air reste entièrement ouvert, le second rapport reste égal à O et le débit du pulseur varie progressivement d'une valeur maximale à une valeur minimale, et une seconde portion ( 24-26) le long de laquelle le premier rapport varie de O à 100 %, l'organe de réglage de sortie d'air se déplace progressivement de sa position de pleine ouverture à sa position de fermeture, le second rapport varie progressivement de O à 100 % et le débit du pulseur augmente progressivement à partir de ladite valeur minimale. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de climatisation comportant un évaporateur ( 5) interposé entre le pulseur d'une part, la source de chaleur et l'organe de mixage d'autre part, cet appareil étant commandé par l'organe de commande de façon à fonctionner seulement dans la seconde portion de ladite course. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que la source de chaleur comprend en outre une source auxiliaire ( 10) commandée par l'organe de commande, la seconde portion de ladite course étant subdivisée en une première sous- portion ( 24-27) le long de laquelle la source auxiliaire est hors service et en une seconde sous-portion ( 27-26) le long de laquelle la source auxiliaire est en service. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source auxiliaire dégage une puissance calorifique croissante le long de la seconde sous-portion. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caracté- risé en ce que le débit du pulseur atteint une valeur intermé- diaire à la fin de la première sous-portion et ladite valeur maximale à la fin de la seconde sous-portion. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source auxiliaire est un radiateur électrique. 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une première branche de circuit d'air contenant le pulseur et le cas échéant l'évaporateur et se raccordant en amont à une entrée d'air recirculé ( 2) et à une entrée d'air extérieur ( 6), commandées par l'organe de réglage d'entrée d'air ( 7), et en aval à des sorties d'air ( 3) vers l'habitacle, et une seconde branche de circuit d'air ( 8) disposée en dérivation sur la première branche, en aval du pulseur et le cas échéant de l'évaporateur, et contenant la source de chaleur, l'organe de mixage ( 11) étant propre à obturer dans ses deux positions extrêmes respectivement la première branche et la jonction aval entre les deux branches, et l'organe de réglage de sortie d'air ( 16) commandant une sortie d'air ( 15) vers l'extérieur qui s'ouvre dans la seconde branche, en aval de la source de chaleur.