Brevet FR2746351A1 — publié le 19970926

La présente invention concerne un appareil de chauffage pour véhicule dans lequel l'eau de réfrigération d'un moteur est chauffée par la chaleur dégagée dans le circuit hydraulique d'une automobile. On a développé un générateur de chaleur pour automobile, qui augmente la capacité de chauffage lorsque l'eau de refroidissement présente dans le moteur n'est pas chauffée d'une manière satisfaisante (c'est-à-dire lorsque le moteur démarre dans le froid, ou lorsque le véhicule fonctionne normalement pendant l'hiver). Ce type de générateur de chaleur devant être utilisé est généralement un élément chauffant d'eau chaude qui a la construction suivante. Dans l'élément chauffant, un fluide visqueux est enfermé de manière étanche dans une chambre de chauffage, et une rainure en labyrinthe qui produit de la chaleur par cisaillement dans le fluide visqueux sur la base du principe de couplage par fluide visqueux est formée dans la chambre de chauffage. Il en résulte qu'il est possible de transmettre à l'eau de refroidissement le fluide visqueux présent dans la chambre de chauffage. Cependant, l'élément chauffant d'eau chaude nécessite un couplage par fluide visqueux qui emploie un fluide spécifique qui n'est utilisé que pour le chauffage. En outre, dans le but de raccourcir le temps nécessaire pour le chauffage de l'eau de refroidissement, le couplage par fluide visqueux nécessite une capacité considérable, et les coûts de fabrication augmentent de manière notable. En outre, il faut beaucoup d'espace dans le compartiment moteur, et le poids du véhicule augmente. Dans l'élément chauffant d'eau chaude, lorsque la température ambiante s'élève de manière satisfaisante, dans le but d'arrêter une opération de chauffage, la rotation d'un rotor doit être stoppée, ou bien le fluide visqueux doit être enlevé de la chambre de chauffage. Il en résulte que, dans un tel élément chauffant classique, il est nécessaire d'employer un embrayage électromagnétique, ou 2 2746351 d'incorporer un moyen pour transmettre par pompage le fluide visqueux de la chambre de chauffage à un réservoir et du réservoir à la chambre de chauffage. La présente invention a été mise au point compte tenu des inconvénients exposés - ci-dessus. En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un appareil de chauffage pour véhicule qui n'emploie aucun composant spécifique tel qu'un coupleur à fluide visqueux, qui génère de la chaleur dans une construction simple et qui transmet la chaleur à l'eau de refroidissement pour exécuter le chauffage. Dans le but d'atteindre cet objet, on fournit un appareil de chauffage perfectionné pour véhicule ayant un circuit hydraulique qui comprend: une pompe hydraulique pour fournir un fluide hydraulique, une conduite principale comportant un -action- neur, dans laquelle circule le fluide hydraulique, une conduite de branchement pour fonctionner en conduite de dérivation, et dans laquelle le fluide hydraulique circule lorsque la conduite principale est fermée, un moyen d'étranglement pour exercer une certaine résistance sur le fluide hydraulique qui traverse la conduite de branchement de manière à produire le chauffage du fluide hydraulique et un moyen de conduction de chaleur pour transmettre la chaleur du fluide hydraulique qui est produite par le moyen d'étranglement à l'air qui est fourni au compartiment des passagers. Dans la construction précédente, au moment du chauffage, la conduite principale est fermée, et le fluide hydraulique est fourni par la pompe hydraulique à la conduite de branchement. A ce moment là, le moyen d'étranglement disposé dans la conduite de branchement rétrécit un passage du fluide hydraulique de manière à augmenter la pression et le débit par unité de section 3 2746351 transversale, et une grande quantité de chaleur de friction et une grande quantité de chaleur de cisaillement sont produites dans le fluide hydraulique. Comme résultat, la chaleur du fluide hydraulique est dégagée et transmise par le moyen de conduction de chaleur à l'air qui est fourni au compartiment des passagers. De plus, dans cet appareil de chauffage pour véhicule, le diamètre de la conduite de branchement est établi de manière à être nettement plus petit que celui de la conduite principale. Il en résulte que le débit du fluide hydraulique qui circule dans la conduite de branchement augmente, et il est possible d'élever la température de la chaleur du fluide hydraulique à une valeur plus haute par rapport au cas o le fluide hydraulique traverse la conduite principale. En outre, comme il y a le moyen d'étranglement, il est possible de porter brutalement la température de l'air qui est fourni au compartiment des passagers à la valeur élevée qui est nécessaire au chauffage. En outre, il est possible de construire le moyen d'étranglement et le moyen de conduction de chaleur en une pièce. La présente invention sera mieux comprise lors de la description faite en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de la construction d'un appareil de chauffage pour véhicule selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 2 est une vue de la construction d'un appareil de chauffage pour véhicule selon le second mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 3 est une vue de la construction de l'appareil de chauffage pour véhicule selon le troisième mode de réalisation préféré de la présente invention. Comme cela est représenté en figure 1, un appareil de chauffage pour véhicule selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention s'applique à une automobile dans laquelle une pompe hydraulique 12 est 4 2746351 actionnée par le moteur 11, et un ventilateur de refroidissement 15 d'un radiateur 14 est actionné par la transmission de la pression hydraulique d'un fluide hydraulique provenant de la pompe 12 à la conduite principale 13 d'un circuit hydraulique. La pompe hydraulique 12 peut être une source d'énergie non seulement pour le ventilateur de refroidissement 15 mais également pour un dispositif à direction assistée. Le moteur 11 est du type à refroidissement par eau, et il y a deux sortes de circuit d'eau. L'un est un circuit 17 dans lequel l'eau traverse la chemise d'eau du moteur 11, le radiateur 14 et une pompe à eau 16, et l'autre est un circuit d'eau chaude 19 dans lequel l'eau traverse la chemise du moteur 11, le coeur 18 d'un élément chauffant et la pompe à eau 16. Le circuit 17 d'eau de refroidissement comporte une conduite de dérivation 24. Comme on le décrit en détail, le radiateur 14 et pompe à eau 16 qui est actionnée par une courroie 20 sont disposés dans le circuit 17 de l'eau de refroidissement. Le radiateur 14 communique avec le moteur 11 par une conduite 21 de pré-refroidissement, et le radiateur 14 communique avec la pompe à eau 16 par une conduite de retour 22. La conduite 22 communique avec une soupape thermostatique 23 qui est disposée au milieu de la conduite 21, par une conduite de dérivation 24. A cause de la soupape thermostatique 23, l'eau de refroidissement s'écoule vers la conduite de dérivation 24 lorsque la température de l'eau de refroidissement est basse. Au contraire, lorsque la température de l'eau de refroidissement est élevée, l'eau de refroidissement circule jusqu'au radiateur 14. Dans le circuit d'eau chaude 19, le coeur 18 de l'élément chauffant est disposé, et une partie 25 de réception de chaleur (comme moyen de conduction de la chaleur) qui est constituée d'un récipient tel qu'un réservoir ou analogue est également disposée. La partie 25 de réception de la chaleur communique avec la chemise d'eau du côté culasse du moteur 11 par une conduite pré-radiateur 2746351 26. Dans la conduite 26, une soupape 27 de l'élément chauffant qui ouvre la conduite 26 grâce au fonctionnement d'un commutateur de ventilateur est disposée. Lorsque la soupape 27 s'ouvre (au moment du chauffage), l'eau de refroidissement qui circule dans le circuit d'eau chaude 19 va de la chemise d'eau du côté culasse de la partie 25 de réception de la chaleur jusqu'à la conduite 26. Alors, l'eau de refroidissement est chauffée par une partie rayonnante 37 (comme moyen de conduction de la chaleur), et elle circule jusqu'au coeur 18 de l'élément chauffant. Ensuite, l'eau de refroidissement traverse une conduite de retour 28 pour être pompée par la pompe à eau 16. Lorsque le moteur 29 du ventilateur est mis en marche par l'action du commutateur de ventilateur, le coeur 18 de l'élément chauffant fournit de l'air chaud au compartiment des passagers en faisant tourner un ventilateur soufflant 30. Dans la conduite principale 13, le fluide hydraulique emmagasiné dans un réservoir hydraulique 31 est pompé par la pompe hydraulique 12, et est fourni à un moteur hydraulique 32 pour actionner le ventilateur de refroidissement 15. Une soupape 33 d'élément chauffant qui fonctionne au moment du chauffage est disposée dans la conduite principale 13 entre la pompe hydraulique 12 et le moteur hydraulique 32. Un refroidisseur à huile 34 est disposé dans la conduite principale 13 entre le moteur hydraulique 32 et le réservoir hydraulique 31. Une conduite de branchement 35 communique avec la soupape 33, et comprend une conduite en amont 35a qui fonctionne en conduite de dérivation de la conduite principale 13 du circuit hydraulique et dans laquelle le fluide hydraulique est fourni au moteur hydraulique 32 par l'intermédiaire du réservoir hydraulique 31, et une conduite en aval 35b. La soupape 33 de l'élément chauffant change la direction de l'écoulement du fluide hydraulique jusqu'à la conduite de branchement 35 au moment du chauffage. Un orifice qui applique une certaine résistance à l'écoulement du fluide hydraulique dans la conduite de 6 2746351 branchement 35 pour produire de la chaleur et un moyen d'étranglement 36 tel qu'un étrangleur sont disposés dans la conduite de branchement en amont 35a et dans la conduite de branchement en aval 35b. La partie rayonnante 37 dans laquelle sont disposées un grand nombre d'ailettes à l'extérieur d'un passage du fluide hydraulique est située au côté en aval du moyen d'étranglement 36. La partie rayonnante 37 est incluse dans la partie de réception de chaleur 25. Avec cette construction, la chaleur du fluide hydraulique dégagée par le moyen d'étranglement 36 peut être transmise à l'eau de refroidissement dans le circuit d'eau chaude 19. Une unité de commande électronique 38 (UCE) commande chacune des soupapes 27 et 33 de l'élément chauffant sur la base d'un signal relatif à l'eau de refroidissement détecté à une position prédéterminée et d'un signal de mise en marche du commutateur du ventilateur. Plus précisément, lorsque le commutateur du ventilateur fonctionne, la soupape 27 est actionnée de manière à faire circuler l'eau de refroidissement dans le circuit d'eau chaude 19. En outre, lorsque la température de l'eau de refroidissement est inférieure à la valeur prédéterminée, la soupape 33 est actionnée de manière à faire circuler le fluide hydraulique de la pompe hydraulique 12 à la conduite de branchement 35. La vitesse de rotation de la pompe hydraulique 12 peut être commandée par l'unité de commande électronique 38 en fonction de la vitesse du moteur. Dans la construction précédente, lorsque le moteur démarre par temps froid ou lorsque le véhicule roule normalement dans une période hivernale, le commutateur de l'élément chauffant est actionné et l'unité centrale 38 juge si la temperature de l'eau de refroidissement est inférieure à ce moment là à la valeur prédéterminée. Dans ce cas, lorsque la soupape 27 de l'élément chauffant ne s'ouvre pas, l'unité 38 provoque l'ouverture de la soupape 27, et en même temps, fait fonctionner la soupape 33 de façon que le fluide 7 2746351 hydraulique circule entre la pompe hydraulique 12 et la conduite de branchement 35. La section transversale de passage du fluide hydraulique traversant la conduite de branchement 35 est rétrécie par le moyen d'étranglement 36, et la vitesse de l'écoulement et le débit par unité de section augmentent. Ainsi, la force de friction et la force de cisaillement dans le fluide hydraulique augmentent, et la force de friction entre le fluide hydraulique et la paroi des conduites croît pour produire la chaleur dans le fluide hydraulique. Lorsque le fluide hydraulique traverse la partie rayonnante 37, cette partie est chauffée par la chaleur du fluide. Une telle génération de chaleur du fluide hydraulique et le chauffage de la partie rayonnante 37 sont répétés en faisant circuler le fluide hydraulique, et la température du fluide hydraulique passe rapidement à une valeur élevée par rapport à la température de l'eau de refroidissement qui est chauffée par la chaleur de combustion du moteur 11. Il en résulte que la température de la partie rayonnante 37 passe à une valeur plus élevée par rapport à la température de l'eau de refroidissement en un bref laps de temps, et l'eau de refroidissement dans la partie 25 de réception de la chaleur qui est chauffée seulement par la chaleur de combustion du moteur 11 est en outre chauffée par la partie rayonnante 37. Ainsi, le coeur 18 de l'élément chauffant est chauffé par l'eau de refroidissement qui est elle-même chauffée par la partie 25 rayonnant la chaleur, et le courant d'air du ventilateur soufflant 30 qui est actionné par son moteur 29 est chauffé pour exécuter le chauffage du compartiment des passagers. Comme on l'a décrit ci-dessus, dans l'appareil de chauffage pour véhicule de ce mode de réalisation, il est possible de porter la température du fluide hydraulique circulant dans la conduite de branchement 35 à une température élevée en un bref laps de temps par rapport au cas o l'eau de refroidissement n'est pas chauffée rapidement par le moteur 11 au moment du démarrage de celui- ci par temps froid. En outre, il est possible de porter la 8 2746351 température du fluide hydraulique à une valeur élevée par rapport à la température de l'eau de refroidissement qui est relativement basse au moment o le véhicule fonctionne normalement pendant l'hiver. Ainsi, le fluide hydraulique du circuit hydraulique est utilisé comme source de chaleur. Par conséquent, il n'y a aucune possibilité qu'un grand espace soit occupé dans le compartiment moteur en employant un composant spécial tel qu'un coupleur à fluide visqueux, et que le poids du véhicule augmente. Il faut seulement une construction très simple, qui comprend essentiellement la conduite principale 13, la conduite de branchement 35, le moyen d'étranglement 36, la partie rayonnante 37 et la partie recevant la chaleur 25 (récipient relativement petit). Une telle construction est suffisante pour obtenir le même effet de chauffage que celui d'un coupleur à fluide visqueux. Au moment de la marche normale en hiver, lorsque le fluide hydraulique traverse la conduite de branchement , le refroidissement de l'eau de refroidissement n'est pas effectué par l'arrêt du ventilateur de refroidissement 15. Dans ce cas, lorsque la température du moteur s'élève, la soupape 33 de l'élément chauffant commute par intermittence. Dans le but de porter la température du fluide hydraulique à une valeur élevée par rapport à la température de l'eau de refroidissement dans un bref laps de temps, le moyen d'étranglement 36 peut être remplacé par un moyen d'étranglement variable ayant une valeur variable de l'étranglement. La valeur de l'étranglement de ce moyen est commandée pour être élevée par un actionneur tel qu'un moteur pas à pas qui est mis en marche sur la base d'un signal de l'unité de commande électronique conformément, par exemple, à un commutateur de chauffage rapide (non représenté) qui est actionné par le conducteur. En outre, lorsque le commutateur de l'élément chauffant est actionné, la température de l'eau de refroidissement est inférieure à la valeur prédéterminée, et la température du compartiment des passagers est inférieure à la valeur prédéterminée, la valeur de l'étranglement du moyen d'étranglement variable est commandée pour être élevée par un tel actionneur. En outre, si le diamètre intérieur de la conduite de branchement 35 est inférieur- à celui de la conduite principale 13, et que le fluide hydraulique traversant la conduite de branchement en aval 35b est pompé directement dans la pompe hydraulique 12 sans revenir au réservoir hydraulique 31, la température du fluide hydraulique traversant la conduite de branchement 35 est plus élevée que celle du fluide hydraulique normal circulant dans la conduite hydraulique 13. En outre, on s'attend à ce que l'effet du chauffage puisse être obtenu en un bref laps de temps. On décrira maintenant le second mode de réalisation préféré de la présente invention. Comme représenté en figure 2, un appareil de chauffage pour véhicule de ce second mode de réalisation a la même construction que le premier mode de réalisation sauf que la partie 25 de réception de la chaleur n'est pas disposée dans le circuit d'eau chaude 19, et qu'une partie rayonnante (refroidisseur à huile) 137 est disposée entre le ventilateur soufflant 30 et le coeur 18 de l'élément chauffant. La partie rayonnante 137 peut être contiguë au coeur 18 de l'élément chauffant du côté compartiment des passagers. Dans la construction ci-dessus, lorsque le moteur démarre par temps froid ou lorsque le véhicule roule normalement pendant l'hiver, le commutateur de l'élément chauffant est actionné et la température de l'eau de refroidissement est à ce moment là inférieure à la valeur prédéterminée. Dans ce cas, la soupape 33 de l'élément chauffant est actionnée de manière à fournir le fluide hydraulique de la pompe hydraulique 12 à la conduite de branchement 35. Le fluide hydraulique fourni à la conduite produit de la chaleur dans le fluide hydraulique à cause du moyen d'étranglement 36. Lorsque le fluide hydraulique 2746351 traverse la partie rayonnante 137, l'air fourni par le ventilateur soufflant 30 est chauffé sous l'effet d'un échange de chaleur entre le fluide hydraulique et l'air. L'air chauffé est fourni au compartiment des passagers par le coeur 18 de l'élément chauffant de manière à effectuer le chauffage de ce compartiment. Les autres effets sont identiques à ceux du premier mode de réalisation préféré. On décrira maintenant le troisième mode de réalisation préféré de la présente invention. Comme représenté en figure 3, un appareil de chauffage pour véhicule du troisième mode de réalisation de la présente invention a la même construction que celle du premier mode de réalisation à l'exception de ce qui suit. Le circuit d'eau chaude 19 n'existe pas. Une première partie rayonnante (refroidisseur à huile) 237 comportant un grand nombre d'ailettes est disposée à proximité du compartiment des passagers dans la conduite de branchement 35, et une seconde partie rayonnante 234 comportant un grand nombre d'ailettes est placée au côté en aval du moteur hydraulique 32 dans la conduite principale 13. Lorsque le fluide hydraulique traverse la première partie rayonnante 237, l'air fourni par un ventilateur de soufflage 230 qui est actionné par un moteur 229 est chauffé sous l'effet d'un échange de chaleur entre le fluide hydraulique et l'air. Il en résulte que l'air chauffé peut être fourni au compartiment des passagers par l'intermédiaire d'un premier volet 241. Lorsque le fluide hydraulique traverse la seconde partie rayonnante 234, l'air fourni par un ventilateur soufflant 242 qui est actionné par un moteur 239 est chauffé sous l'effet d'un échange de chaleur entre le fluide hydraulique et l'air. Il en résulte que l'air chauffé peut être fourni au compartiment des passagers par l'intermédiaire d'un second volet 240. Le compartiment des passagers peut communiquer avec, ou en être isolé, la première partie rayonnante 237 et la second partie rayonnante 234 par le premier volet 241 et le second volet 11î 2746351 240 conformément à une opération manuelle ou à un actionneur qui mis en marche sur la base d'un signal provenant de l'unité de commande électronique 38. Lorsque le second volet 240 se trouve dans la position fermée, la partie rayonnante 234 peut communiquer avec l'air extérieur. Au contraire, lorsque le second volet 240 se trouve à l'état ouvert, la seconde partie rayonnante 234 ne communique pas avec l'air extérieur. Dans la construction précédente, lorsque le moteur démarre par temps froid ou lorsque le véhicule circule normalement en hiver, le commutateur de l'élément chauffant est actionné et la température de l'eau de refroidissement est à ce moment là inférieure à la valeur prédéterminée. Dans ce cas, la soupape 33 de l'élément chauffant est actionnée de manière à fournir le fluide hydraulique de la pompe hydraulique 12 à la conduite de branchement 35. Le fluide hydraulique fourni à la conduite de branchement 35 produit de la chaleur dans le fluide hydraulique à cause du moyen d'étranglement 36. Lorsque le fluide hydraulique traverse la première partie rayonnante 237, l'air fourni pas le ventilateur soufflant 230 est chauffé sous l'effet d'un échange de chaleur entre le fluide hydraulique et l'air. L'air chauffé est fourni au compartiment des passagers par l'intermédiaire du premier volet 241 (dans l'état fermé) de manière à exécuter le chauffage du compartiment des passagers. A ce moment là, le second volet 240 est dans la position fermée, et le moteur 239 du ventilateur est arrêté. Lorsque le véhicule fonctionne normalement pendant l'hiver, le commutateur de l'élément chauffant est actionné et la température de l'eau de refroidissement est à ce moment là supérieure à la valeur prédéterminée. Dans ce cas, la soupape 33 de l'élément chauffant est actionnée de manière à fournir le fluide hydraulique de la pompe hydraulique 12 à la conduite principale 13. Lorsque le fluide hydraulique traverse le moteur hydraulique 32, il produit de la chaleur de la même manière que le moyen 12 2746351 d'étranglement 36. Lorsque le fluide hydraulique traverse la seconde partie rayonnante 234, l'air fourni par le ventilateur soufflant 242 est chauffé sous l'effet d'un échange de chaleur entre le fluide hydraulique et l'air. L'air chauffé est fourni au compartiment des passagers par l'intermédiaire du second volet 240 (à l'état fermé) de manière à exécuter le chauffage de ce compartiment. A ce moment là, la prmeier volet 241 est à l'état fermé, et le moteur 229 du ventilateur est arrêté. Lorsque le véhicule se déplace en été, la soupape 33 de l'élément chauffant est actionnée de manière à fournir le fluide hydraulique de la pompe hydraulique 12 au moteur hydraulique 32. Il en résulte que le ventilateur de refroidissement 15 est actionné par le moteur 32. A ce moment là, le premier volet 241 et le second volet 240 sont à l'état fermé. Les autres effets sont identiques à ceux du premier mode de réalisation de l'invention. Comme on l'a décrit ci-dessus, dans l'appareil de chauffage pour véhicule selon la présente invention, le chauffage peut être effectué avec une construction simple sans l'emploi d'un composant spécial tel qu'un coupleur à fluide visqueux. Cette construction simple comprend essentiellement une conduite principale, une conduite de branchement fonctionnant en conduite de dérivation, un moyen d'étranglement pour produire de la chaleur dans le fluide hydraulique qui est supérieure à la chaleur normale, et un moyen de conduction thermique pour transmettre la chaleur du fluide hydraulique qui est engendrée par le moyen d'étranglement à l'air qui est fourni au compartiment des passagers. Grâce à cette construction, il est possible d'améliorer la capacité de chauffage lorsque l'eau de refroidissement d'un moteur n'est pas chauffée de manière satisfaisante, c'est-à-dire lorsque le moteur démarre par temps froid, ou lorsque le véhicule roule normalement en hiver. La présente invention n'est pas limitée aux 13 2746351 exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. Par exemple, la fonction du circuit hydraulique n'est pas5 limitée à l'actionnement du ventilateur de refroidissement ou d'un dispositif à direction assistée. 14 2746351 REVENDICATIONS 1 - Appareil de chauffage pour véhicule ayant un circuit hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend: une pompe hydraulique (12) pour fournir un fluide hydraulique, une conduite principale (13) comportant un actionneur, dans laquelle circule le fluide hydraulique, une conduite de branchement (35) fonctionnant en conduite de dérivation, et dans laquelle circule le fluide hydraulique tout en contournant l'actionneur lorsque la conduite principale est fermée, un moyen d'étranglement (36) pour appliquer une certaine résistance au fluide hydraulique qui traverse la conduite de branchement de manière à produire de la chaleur dans le fluide hydraulique et un moyen de conduction thermique (37) pour transmettre la chaleur du fluide hydraulique qui est produite par le moyen d'étranglement à l'air fourni au compartiment des passagers. 2 - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un circuit d'eau de refroidissement (17) dans lequel l'eau de refroidissement circule entre le coeur (18) d'un élément chauffant et la chemise d'eau du moteur (11) est en outre prévu, et en ce que le moyen de conduction thermique (17) transmet la chaleur du fluide hydraulique à l'eau de refroidissement qui circule dans le circuit d'eau de refroidissement de manière à transmettre la chaleur de l'eau de refroidissement chauffée à l'air fourni au compartiment des passagers. 3 - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit hydraulique fournit par intermittence le fluide hydraulique à la conduite de branchement ou à la conduite principale lorsqu'un commutateur (33) d'élément chauffant est actionné lors de la marche normale. 2746351 4 - Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de l'étranglement du moyen d'étranglement (36) peut être contrôlée.