Brevet FR2755645A1 — publié le 19980515

-1 Dispositif de climatisation de véhicule avec boucle de chauffage comprenant un compresseur à cylindrée variable L'invention concerne un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant une première branche contenant un évaporateur suivi d'un compresseur, une seconde branche contenant un condenseur et une troisième branche dépourvue de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage, le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle un flux d'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et des moyens de commutation étant prévus pour faire circuler le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, en établissant un mode de refroidissement du flux d'air, soit dans la troisième branche, en établissant un mode de réchauf- fage du flux d'air. De tels dispositifs sont décrits dans FR-A-2 717 126 et dans FR-A-2 731 952. Dans certains dispositifs de climatisation de véhicules, le compresseur est du type à cylindrée variable, c'est-à-dire que le volume de fluide qu'il aspire à chaque tour est réglable. Le réglage de la cylindrée du compresseur permet d'adapter le débit de fluide réfrigérant aux besoins de production de froid, et/ou de compenser les variations de la vitesse du moteur d'entraînement du véhicule, lequel entraine également le compresseur. Les compresseurs à cylindrée variable existant sur le marché comportent généralement des mécanismes de réglage intégrés qui réagissent notamment aux valeurs de la pression du fluide dans le circuit. Ces mécanismes de réglage n'assureraient pas un fonctionne- ment correct, en mode de réchauffage, d'un dispositif du type visé par l'invention. En particulier, lorsqu'on met en route un dispositif de climatisation, la pression régnant dans le circuit de fluide réfrigérant peut être élevée, par exemple de l'ordre de 10 bars. Compte tenu de cette pression élevée, le compresseur fixe sa cylindrée à la valeur maximale pour abaisser la pression. La cylindrée est ensuite ajustée pour établir la pression à une valeur de consigne, par exemple 3 bars, pour éviter un givrage de l'évaporateur. Dans le cas d'un dispositif de climatisation avec boucle de chauffage, lors du démarrage du dispositif en mode de réchauffage, la pression du fluide réfrigérant, qui dépend de la température atmosphérique, est par exemple 1,4 bar pour une température de -20 C. Le mode de réglage classique de la cylindrée du compresseur fixerait celle-ci à sa valeur minimale, entraî- nant un débit de fluide et une efficacité du chauffage très faibles. Le but de l'invention est de rendre mutuellement compatibles un dispositif de climatisation avec boucle de chauffage et un compresseur à cylindrée variable. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit que le compresseur est du type à cylindrée variable et que des moyens de commande sont prévus pour assurer une commande spécifique de la cylindrée du compresseur lorsque les moyens de commutation font circuler le fluide dans la troisième branche. Bien entendu, la variation de la cylindrée du compresseur peut jouer son rôle habituel lorsque le fluide circule dans la seconde branche, c'est-adire en mode de refroidissement de l'air. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Lesdits moyens de commande agissent de manière à imposer la valeur maximale de la cylindrée du compresseur, au moins lors du démarrage du dispositif en mode de réchauffage. - Lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur de manière à utiliser un mécanisme que comporte celui-ci pour imposer la valeur maximale de la cylindrée. - Lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur en court-circuitant une vanne de réglage incorporée dans celui- ci. - Lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur en agissant directement sur une vanne de réglage de celui-ci. - Lesdits moyens de commande agissent de manière à imposer la valeur maximale de la cylindrée du compresseur tant que le dispositif fonctionne en mode de réchauffage. - Lesdits moyens de commande agissent, au moins au-delà d'une période transitoire à partir du démarrage du dispositif en mode de réchauffage, de manière à régler la cylindrée du compresseur, et par conséquent le débit du fluide dans la boucle de réchauffage, en fonction des besoins de chauffage. - Des moyens sont prévus pour transférer du fluide de la seconde branche à la boucle de réchauffage et/ou inversement, de manière à régler la quantité de fluide circulant dans la boucle de réchauffage, et par conséquent le débit massique de ce fluide, en fonction des besoins de chauffage. - Les moyens de commande utilisent un capteur de la tempéra- ture d'un flux d'air ayant traversé l'évaporateur pour ajuster la cylindrée du compresseur de façon à amener ou à maintenir à une valeur souhaitée ladite température. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant au dessin annexé, sur lequel la figure unique représente un schéma du circuit de fluide réfrigérant d'un dispositif selon l'invention pour la climatisation et le chauffage de l'habitacle d'un véhicule, dérivé du circuit décrit dans FR-A-2731952. Les composants du circuit sont répartis dans trois branches 1, 2 et 3 se raccordant entre elles en deux points de jonction A et B. La branche 1 contient un compresseur 4 à cylindrée variable qui y fait circuler le fluide du point A vers le point B, et un évaporateur 5 placé en amont du compresseur. La branche 2 contient, du point B vers le point A, un condenseur 6, une bouteille 7, un clapet anti-retour 8 et un détendeur 10. Un second détendeur 14 est placé dans la branche 3. Une première vanne à trois voies 11 est interposée dans la branche 1 de façon que deux de ses voies 11-1 et 11-2 communiquent respectivement avec la sortie de l'évaporateur et avec l'entrée du compresseur 4. Une seconde vanne à trois voies 12 est placée au point de jonction B de façon que ses trois voies 12-1, 12-2 et 12-3 se raccordent respective- ment à l'extrémité aval de la première branche, c'est-à-dire à la sortie du compresseur 4, à l'extrémité amont de la seconde branche, c'est-à- dire à l'entrée du condenseur 6, et à l'extrémité amont de la troisième branche, c'est-à-dire à l'entrée du détendeur 14. Enfin, une quatrième branche 13, ne contenant aucun composant, relie la troisième voie 11-3 de l'électrovanne 11 à un point intermédiaire C de la branche 2, comprise entre la voie 12-2 et le condenseur 6. Les électrovannes 11 et 12 sont commandées en coordination par une unité de commande 15 de façon à réaliser trois configurations différentes du circuit. Dans une première configuration, chacune des deux vannes met en communication ses voies numérotées 1 et 2. Le fluide circule alors dans une boucle fermée formée par les branches 1 et 2, la branche 3 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respecti- vement. Cette boucle fonctionne comme un circuit classique de climatisation, le fluide passant de l'état liquide à l'état gazeux dans l'évaporateur 5 en absorbant de la chaleur et de l'état gazeux à l'état liquide dans le condenseur 6 en cédant de la chaleur. La chaleur absorbée dans l'évaporateur 5 peut être prélevée, directement ou indirectement, dans un flux d'air à envoyer dans l'habitacle du véhicule. La pression du fluide peut être régulée par la variation de la cylindrée du compresseur 4. Dans la configuration illustrée, la vanne 11 fait encore communiquer ses voies 1 et 2, mais la vanne 12 fait communi- quer cette fois ses voies 1 et 3. Le fluide circule donc dans une boucle fermée constituée par les branches 1 et 3, la branche 2 et la branche 13 étant isolées par les vannes 12 et 11 respectivement. Le fluide traverse donc le compresseur 4, l'évaporateur 5 et le détendeur 14. Ne traversant plus de condenseur, il reste en permanence à l'état gazeux. L'évapo- rateur 5 ne joue plus alors le rôle d'évaporateur, mais continue de jouer le rôle d'échangeur de chaleur, permettant de dissiper une grande partie de la chaleur produite par la compression du fluide dans le compresseur 4. Cette chaleur peut être utilisée pour le chauffage de l'habitacle lorsque le moteur thermique du véhicule est froid. En particulier, le fluide en circulation étant à une température supérieure à la température ambiante, un flux d'air à envoyer dans l'habita- cle peut être chauffé directement au contact de l'évapora- teur. Dans une troisième configuration non illustrée, les vannes assurent la communication d'une part entre les voies 11-3 et 11-2, d'autre part entre les voies 12-1 et 12-3. L'entrée du compresseur est donc reliée, par l'intermédiaire de la branche 13, à l'entrée normale 6-1 du condenseur 6, d'o il peut extraire du fluide à l'état gazeux. Ce fluide circule ensuite dans la branche 3, mais ne peut revenir au condenseur à partir du point A, notamment en raison de la présence du clapet anti-retour 8. Le fluide parvient donc dans l'évapora- teur 5, o il s'accumule, la vanne 11 n'assurant pas la communication entre la sortie de celui-ci et l'entrée du compresseur. La masse de fluide qui circulera dans les branches 1 et 3 après rétablissement de la configuration selon la figure est ainsi augmentée. Inversement, la première configuration peut être établie momentanément pour permettre au compresseur de refouler du fluide dans le condenseur, réduisant ainsi la masse de fluide en circulation après le retour à la configuration selon la figure. Selon l'invention, l'unité de commande 15 agit également sur le compresseur 4, lorsque le circuit est dans la configura- tion illustrée. Cette action peut notamment avoir pour effet d'imposer la valeur maximale de la cylindrée, lors de la mise en route du dispositif, pour permettre une élévation de la pression du fluide à basse température. Pour imposer la valeur maximale de la cylindrée, l'unité de commande 15 peut agir sur le mécanisme prévu à cet effet dans le compresseur, par exemple en court-circuitant une vanne de réglage ou en agissant directement sur celle-ci. La cylindrée maximale peut être maintenue par l'unité de commande 15 pendant toute la durée de fonctionnement du dispositif en mode de réchauffage. Dans ce cas, l'ajustement éventuel du débit calorifique en fonction des besoins sera réalisé exclusivement en modifiant la quantité de fluide circulant dans la boucle de chauffage, par la commande des vannes 11 et 12 pour établir temporaire- ment la première configuration et/ou la troisième configura- tion décrites ci-dessus. L'unité de commande 15 peut égale- ment, après une période initiale de blocage de la cylindrée, assurer un réglage de celle-ci de manière à optimiser le débit calorifique de chauffage. La variation de la cylindrée du compresseur peut être combinée à la variation, telle que décrite plus haut, de la quantité de fluide contenue dans la boucle de réchauffage, pour élargir la gamme de réglage du débit calorifique. Divers paramètres d'entrée peuvent être utilisés par l'unité de commande 15 pour commander la cylindrée du compresseur 4. Par exemple, la cylindrée peut être ajustée de façon à amener ou à maintenir à une valeur souhaitée la température du flux d'air ayant traversé l'évaporateur 5. En variante, la vanne 11 et la branche 13 peuvent être supprimées, conduisant à un circuit équivalent à ceux décrits dans FR-A-2 717 126, sous réserve de la cylindrée variable du compresseur. Un tel circuit ne permet pas le transfert de fluide de la seconde branche dans la boucle de chauffage pour augmenter le débit massique du fluide circulant dans celle- ci. Ce résultat est alors obtenu exclusivement grâce au réglage de la cylindrée du compresseur sous l'action de l'unité de commande 15. La variation du débit massique du fluide circulant dans la boucle de réchauffage produit un effet plus rapide sur la puissance calorifique lorsqu'elle est obtenue par le réglage de la cylindrée du compresseur que lorsqu'elle est obtenue par transfert de fluide, notamment du fait qu'elle ne nécessite aucune interruption de la circula- tion du fluide dans cette boucle. Revendications 1. Dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant une première branche (1) contenant un évaporateur (5) suivi d'un compresseur (4), une seconde branche (2) contenant un condenseur (6) et une troisième branche (3) dépourvue de condenseur, les seconde et troisième branches étant placées mutuellement en parallèle de façon à former avec la première branche respectivement une boucle de refroidissement, contenant également un premier détendeur (10) interposé entre le condenseur et l'évaporateur, et une boucle de réchauffage (1, 3), le dispositif comprenant en outre des moyens pour envoyer dans l'habitacle un flux d'air ayant subi un échange de chaleur avec l'évaporateur, et des moyens de commutation (11, 12) étant prévus pour faire circuler le fluide sortant de la première branche soit dans la seconde branche, en établissant un mode de refroidissement du flux d'air, soit dans la troisième branche, en établissant un mode de réchauffage du flux d'air, caractérisé en ce que le compresseur (4) est du type à cylindrée variable et en ce que des moyens de commande (15) sont prévus pour assurer une commande spécifique de la cylindrée du compresseur lorsque les moyens de commutation (11, 12) font circuler le fluide dans la troisième branche. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (15) agissent de manière à imposer la valeur maximale de la cylindrée du compresseur (4), au moins lors du démarrage du dispositif en mode de réchauffage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur de manière à utiliser un mécanisme que comporte celui-ci pour imposer la valeur maximale de la cylindrée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur en court-circuitant une vanne de réglage incorporée dans celui- ci. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande agissent sur le compresseur en agissant directement sur une vanne de réglage de celui-ci. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande agissent de manière à imposer la valeur maximale de la cylindrée du compresseur tant que le dispositif fonctionne en mode de réchauffage. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande agissent, au moins audelà d'une période transitoire à partir du démarrage du dispositif en mode de réchauffage, de manière à régler la cylindrée du compresseur, et par conséquent le débit du fluide dans la boucle de réchauffage, en fonction des besoins de chauffage. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour transférer du fluide de la seconde branche à la boucle de réchauffage et/ou inversement, de manière à régler la quantité de fluide circulant dans la boucle de réchauffage, et par conséquent le débit massique de ce fluide, en fonction des besoins de chauffage. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande utilisent un capteur de la température d'un flux d'air ayant traversé l'évaporateur pour ajuster la cylindrée du compresseur de façon à amener ou à maintenir à une valeur souhaitée ladite température.