Brevet FR2719810A1 — publié le 19951117

La présente invention concerne une installation de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur thermique. L'invention concerne plus particulièrement une installation de chauffage pour un véhicule dont le moteur est muni d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un liquide caloporteur et du type comportant un dispositif de chauffage de l'air pénétrant dans l'habitacle du véhicule qui est alimenté en liquide caloporteur provenant du circuit de refroidissement. Selon une telle conception, le chauffage de l'habitacle est obtenu par un système par air pulsé dont la puissance calorifique est fonction de la température du liquide caloporteur de refroidissement du moteur thermique. La rapidité de mise en action du chauffage de l'habitacle est donc directement fonction de la vitesse de montée en température du liquide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement. La montée en température du liquide caloporteur peut être très lente, pénalisant ainsi considérablement le confort thermique des passagers du véhicule (en particulier lorsque la température ambiante extérieure est très basse), lorsque le moteur qui équipe le véhicule possède un rendement énergétique élevé. Afin de remédier à cet inconvénient, il a déjà été proposé dans le document FR-A-2.648.087 une installation permettant d'assurer un préchauffage de l'air pénétrant dans l'habitacle, en amont du dispositif de chauffage. Cette installation permet également d'assurer un préchauffage de l'air de combustion admis dans le moteur thermique et elle fait à cet effet appel à un double échangeur air-air placé sur la ligne des gaz d'échappement du moteur thermique et qui est associé à un réseau de canalisations d'air et de volets de commande permet tant d'obtenir les différentes configurations d'utilisation. Cette conception a pour inconvénient de présenter un rendement thermique très médiocre du deuxième étage du double échangeur air-air, ctest-à-dire de l'étage assurant le chauffage complémentaire de l'air de l'habitacle, et a également pour inconvénient de présenter des risques de pollution de l'air de chauffage, pénétrant dans l'habitacle, par les gaz d'échappement en cas de corrosion et de perforation des parois de la conduite dans laquelle circulent les gaz d'échappement et de l'échangeur air-air. Par ailleurs, lorsque le véhicule roule par des températures extérieures élevées et dans des conditions sévères de charge (poids total roulant élevé, forte pente de la route et/ou système d'air conditionné en service), le refroidissement du moteur thermique s'avère insuffisant et il est alors nécessaire d'interrompre le fonctionnement du système de conditionnement d'air de l'habitacle, au détriment du confort thermique des passagers. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'une installation de chauffage qui permet de remédier aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. Dans ce but, l'invention propose une installation du type mentionné précédemment comportant des moyens de chauffage complémentaire de l'air pénétrant dans l'habi- tacle utilisant le courant des gaz d'échappement du moteur comme source complémentaire de chaleur, caractérisée en ce que les moyens de chauffage complémentaire sont constitués par un échangeur air-air dont le courant d'air chaud est constitué par le courant des gaz d'échappement et dont le courant d'air réchauffé constitue la source chaude d'un échangeur air-liquide dont le courant de liquide réchauffé est constitué par le courant de liquide caloporteur provenant du circuit de refroidissement du moteur thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de chauffage complémentaire comportent un boîtier commun aux échangeurs air-air et air-liquide qui est traversé par un conduit dans lequel circule les gaz d'échappement et comportent des moyens pour faire circuler dans le boîtier un flux d'air en boucle fermée à travers les deux échangeurs, sur les lignes d'échappement avec catalyseur cet échangeur peut être avantageusement placé à la sortie dudit catalyseur - les moyens pour faire circuler le flux d'air comportent un motoventilateur - le boîtier est divisé par une cloison en une première enceinte qui entoure le conduit des gaz d'échappement pour constituer l'échangeur air-air et'en une seconde enceinte dans laquelle est agencé l'échangeur air-liquide, la cloison comportant des orifices pour la circulation en boucle fermée du flux d'air, d'une enceinte à l'autre ; - le boîtier comporte des moyens commandés d'obturation des orifices de la cloison de manière à isoler la seconde enceinte, la seconde enceinte comporte un orifice d'alimentation en air frais, à ouverture commandée, et un orifice d'évacuation de l'air, à ouverture commandée, de manière à permettre la circulation en boucle ouverte d'un flux d'air de refroidissement dans l'échangeur airliquide pour permettre un refroidissement complémentaire du fluide caloporteur provenant du circuit de refroidissement du moteur thermique, et l'installation comporte une unité de commande simultanée de l'obturation des orifices de la cloison et d'ouverture des orifices d'alimentation et d'évacuation d'air de la seconde enceinte - le motoventilateur est agencé dans la seconde enceinte pour forcer la circulation en boucle ouverte du flux d'air de refroidissement - le circuit de refroidissement du moteur comporte un tronçon en dérivation agencé entre la sortie du moteur et l'entrée du dispositif de chauffage, qui est relié à l'échangeur air-liquide, et comporte une valve de commande pour court-circuiter le tronçon en dérivation; - le dispositif de chauffage comporte un aérotherme liquide-air alimenté par le liquide caloporteur du circuit de refroidissement - l'installation comporte des moyens pour interrompre la circulation de l'air à travers l'aérotherme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique illustrant la partie avant d'un véhicule automobile équipé d'une installation de chauffage réalisée conformément aux enseignements de l'invention - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant, à plus grande échelle, les principaux composants de l'installation ; - la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 2 - la figure 4 est une vue en section selon la ligne 4-4 de la figure 2 - la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 illustrant un autre mode d'utilisation du double échangeur air-air, air-liquide - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant des moyens complémentaires de commande des différents composants de l'installation ; et - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 5 illustrant une variante de réalisation du circuit de refroidissement. Le véhicule 1 illustré sur les figures est équipé d'un moteur thermique 2 dont le circuit de refroidissement comporte une pompe 3 de circulation d'un liquide caloporteur à travers un radiateur de refroidissement 4 relié à des conduites 5 et 6. Le refroidissement forcé du radiateur 4 est assuré au moyen d'un ventilateur 7 avec, le cas échéant, interposition d'un condenseur 8 appartenant au système de conditionnement d'air de l'habitacle 11 du véhicule. Le circuit de refroidissement comporte également une soupape 9 permettant de commander l'ouverture ou la fermeture du circuit de liquide caloporteur dans le radiateur 4. On voit également sur la figure 1 un ensemble de climatisation 10 permettant d'assurer le confort thermique des passagers de l'habitacle 11 et qui est pour l'essentiel constitué par un aérotherme ou radiateur de chauffage 12 du type liquide-air qui est alimenté en liquide caloporteur provenant du circuit de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur 3 par des canalisations 13 et 14. Le climatiseur 10 comporte également un volet 15 de réglage de la température de l'air pulsé dans l'habitacle qui est ici un volet de mélange d'air frais pénétrant directement dans l'habitacle 11 et d'air réchauffé pénétrant dans l'habitacle après avoir traversé l'aérotherme 12. Conformément aux enseignements de l'invention, un chauffage complémentaire du fluide caloporteur pénétrant dans l'aérotherme 12 par la canalisation 13 est assuré au moyen d'un échangeur air-air 16 et d'un échangeur airliquide 21 qui sont tous les deux agencés dans un boîtier commun 40 comme cela est illustré notamment sur la figure 2. La source chaude de l'échangeur air-air est constituée par une conduite 17 dans laquelle circulent les gaz d'échappement provenant du moteur thermique 2 sur lequel sont fixés des ailettes 18 délimitant des canaux d'air 19 comme cela est illustré sur la figure 3. Comme cela est schématisé sur la figure 3, ltéchan- geur air-air peut avantageusement être enveloppé d'une couche d'isolant thermique 20 qui complète le boîtier 40. Le boîtier 40 est divisé par une cloison 42 en une première enceinte 44 dans laquelle est agencé l'échangeur air-air 16 et en une seconde enceinte 46 dans laquelle est agencé l'échangeur air-liquide 21. La cloison 42 comporte un premier orifice 48 et un second orifice 50 permettant la circulation en boucle fermée d'un flux d'air F1. Grâce à cette circulation en boucle fermée qui peut être forcée au moyen d'un moto-ventilateur 25, l'air réchauffé provenant de l'échangeur air-air 16 traverse, comme cela est illustré sur la figure 2, l'échangeur airliquide 21 qui est alimenté en liquide caloporteur du circuit de refroidissement par une canalisation 22 et qui ressort de celui-ci par la canalisation 13 d'alimentation de l'aérotherme 12. Selon une conception classique, l'échangeur airliquide comporte une série de tubes 23 de faible diamètre traversant des ailettes 24. L'échangeur air-liquide peut également être muni d'une couche d'isolant thermique 20 qui fait partie du boîtier 40 des échangeurs. Les orifices 48 et 50 peuvent être obturés par des volets d'obturation 26 et 27 de manière à isoler les enceintes 44 et 46 l'une de l'autre. I1 est ainsi possible de faire circuler un flux d'air F1 en boucle fermée comme cela est illustré à la figure 2 ou un flux d'air en boucle ouverte F2 comme cela sera décrit par la suite en référence notamment aux figures 5 à 7. Comme on l'a représenté sur la figure 6, l'installation comporte une commande de température 28 disposée dans l'habitacle 11 qui est reliée à une unité centrale de commande 37 qui permet notamment la commande du volet 15 au moyen d'un actionneur 29 et la commande des volets 26 et 27 au moyens d'actionneurs 30 et 31 de manière que les volets 26 et 27 puissent occuper simultanément, leur position illustrée sur la figure 4 dans laquelle les orifices 48 et 50 sont ouverts et dans laquelle sont obturés un orifice 52 d'alimentation en air frais de la seconde enceinte 44 qui y pénètre par une canalisation 35 et un orifice d'évacuation 54 de l'air qui s'échappe par une canalisation 36. L'unité de commande permet également de faire occuper aux volets 26 et 27 l'autre position illustrée notamment sur la figure 5 dans laquelle les orifices 48 et 50 sont obturés et dans laquelle les orifices 52 et 54 sont ouverts. L'installation comporte également un bouton 32 de commande de la mise en route du système de conditionnement d'air et un capteur de température 33, à deux niveaux de température, installé sur le radiateur 4. On décrira maintenant le deux modes de fonctionnement de l'installation de chauffage. Dans une première configuration, l'installation permet d'apporter un complément de chauffage au liquide caloporteur afin d'assurer une montée rapide de la température dans l'habitacle. Cette configuration est illustrée sur la figure 2 dans laquelle le motoventilateur 25 provoque une circula tion en boucle fermée d'air entre l'échangeur air-air 16 et l'échangeur air-liquide 21 qui provoque un apport de calories au liquide caloporteur du circuit de refroidissement provenant du moteur 2 et avant qu'il ne pénètre dans l'échangeur 12. Cette configuration est déclenchée par le capteur de température 28, ou par une commande de chauffage, en particulier lors du démarrage du véhicule, le volet de réglage 15 étant placé dans la position illustrée sur la figure 4 dans laquelle la totalité de l'air pénétrant dans l'habitacle passe à travers l'aérotherme 12. Selon une seconde configuration, illustrée aux figures 5 et 7, l'installation permet d'assurer un complément de refroidissement du moteur à combustion interne 2. En effet, en cas d'élévation excessive de la température provoquée par une mise en charge élevée, associée ou non à la mise en route du système de conditionnement d'air par la commande 32, il est souhaitable de pouvoir apporter un complément de refroidissement au moteur. Selon cette seconde configuration, l'actionneur 29 provoque le changement de position du volet 15 de manière que l'air pénétrant dans l'habitacle ne traverse pas l'aérotherme 12. Les actionneurs 30 et 31 provoquent le pivotement des volets d'obturation 26 et 27 qui occupent alors leur position illustrée notamment sur la figure 7. Dans cette configuration, un flux d'air F2 frais est forcé pour circuler en boucle ouverte dans ltéchan- geur air-liquide 21 qui permet ainsi d'obtenir un refroidissement complémentaire du liquide caloporteur pénétrant dans l'échangeur air-liquide par la canalisation 22 et qui en ressort par la canalisation 13. On a ainsi réalisé un circuit de refroidissement complémentaire du liquide caloporteur au moyen d'un échangeur air-liquide qui capte son air de refroidissement 35 de préférence dans une zone présentant un faible écart par rapport à la température ambiante extérieure et qui évacue l'air chaud vers la partie basse du véhicule 1. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 7, une électrovanne à plusieurs voies, par exemple à trois voies, 38 est interposée dans le circuit du fluide caloporteur de manière à pouvoir court-circuiter la circulation du fluide caloporteur à travers ltéchan- geur air-liquide 21, ce dernier étant alimenté par un tronçon 22', 13' qui est en dérivation par rapport à la branche 22, 13 qui alimente l'aérotherme 12. Ce perfectionnement permet de court-circuiter l'échangeur air-liquide 21 lorsqu'il n'est pas nécessaire d'apporter un complément de chauffage ou de refroidissement et permet ainsi de réduire les pertes de charge dans le circuit du liquide caloporteur de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage de l'habitacle (11) d'un véhicule automobile (1) équipé d'un moteur thermique (2) muni d'un circuit de refroidissement dans lequel circule un liquide caloporteur, et du type comportant un dispositif (12) de chauffage l'air pénétrant dans l'habitacle (11) qui est alimenté en liquide caloporteur provenant du circuit de refroidissement et des moyens de chauffage complémentaire de l'air pénétrant dans l'habitacle (11) utilisant le courant des gaz d'échappement (17) comme source complémentaire de chaleur, caractérisée en ce que les moyens de chauffage complémentaire sont constitués par un échangeur air-air (16) dont le courant d'air chaud est constitué par le courant des gaz d'échappement (17) et dont le courant d'air réchauffé constitue la source chaude d'un échangeur air-liquide (21) dont le courant de liquide réchauffé est constitué par le 'courant de liquide caloporteur (22, 13) provenant du circuit de refroidissement du moteur thermique (2). 2. Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de chauffage complémentaire comportent un boîtier (20, 40) commun aux échangeurs air-air (16) et air-liquide (21) qui est traversé par un conduit (17) dans lequel circulent les gaz d'échappement et comportent des moyens (25) pour faire circuler dans le boîtier un flux d'air (F1) en boucle fermée à travers les deux échangeurs (16, 21). 3. Installation de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens pour faire circuler le flux d'air comportent un motoventilateur (25). 4. Installation de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le boîtier est divisé par une cloison (42) en une première enceinte (44) qui entoure le conduit des gaz d'échappement (17) pour constituer l'échangeur air-air (21) et en une seconde enceinte (46) dans laquelle est agencé l'échangeur air-liquide (21), la cloison (42) comportant des orifices (48, 50) pour la circulation en boucle fermée du flux d'air, d'une enceinte à l'autre. 5. Installation de chauffage selon la revendication 4, caractérisée en ce que le boîtier (40) comporte des moyens (26, 27) commandés d'obturation des orifices (48, 50) de la cloison (42) de manière à isoler la seconde enceinte (46), en ce que la seconde enceinte (46) comporte un orifice (52) d'alimentation en air frais, à ouverture commandée, et un orifice d'évacuation (54) de l'air, à ouverture commandée, de manière à permettre la circulation en boucle ouverte d'un flux d'air (F2) de refroidissement (35, 36) dans l'échangeur air-liquide (21) pour permettre un refroidissement complémentaire du fluide caloporteur provenant du circuit de refroidissement du moteur thermique (2), et en ce que l'installation comporte une unité (37) de commande simultanée de l'obturation des orifices (48, 50) de la cloison (42) et d'ouverture des orifices d'alimentation (52) et d'évacuation (54) d'air de la seconde enceinte (46). 6. Installation de chauffage selon la revendication 5 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que le motoventilateur (25) est agencé dans la seconde enceinte (46) pour forcer la circulation en boucle ouverte du flux d'air de refroidissement (F2). 7. Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement du moteur comporte un tronçon en dérivation (13', 22') agencé entre la sortie du moteur et l'entrée du dispositif de chauffage (12), qui est relié à l'échangeur air-liquide (21), et comporte une valve (37) de commande pour court-circuiter le tronçon en dérivation. 8. Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (12) comporte un aérotherme liquide-air (12) alimenté par le liquide caloporteur du circuit de refroidissement. 9. Installation de chauffage selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (15) pour interrompre la circulation de l'air à travers l'aérotherme (12).