Brevet FR2774033A1 — publié le 19990730

Procédé et dispositif de chauffage et de climatisation de véhicule évitant l'embuage L'invention concerne un procédé pour traiter un flux d'air à envoyer dans l'habitacle d'un véhicule, dans lequel ledit flux d'air, avant d'être exposé le cas échéant à une source de chaleur, traverse un évaporateur qui fait partie d'un circuit de fluide réfrigérant comprenant également un compresseur, un condenseur et au moins un détendeur, en tenant compte du choix d'un utilisateur qui peut sélectionner l'un quelconque de trois modes de circulation du fluide réfrigérant, à savoir un mode climatisation dans lequel le fluide circule successivement dans l'évaporateur o il se vaporise en recevant de la chaleur du flux d'air, dans le compresseur, dans le condenseur o il se condense en cédant de la chaleur à un autre milieu et dans un détendeur, un mode chauffage additionnel dans lequel le fluide circule à l'état gazeux entre l'évaporateur o il cède de la chaleur au flux d'air et le compresseur, sans passer par le condenseur, et un mode repos dans lequel le fluide ne circule pas dans l'évapo- rateur. Des circuits de fluide réfrigérant permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé sont décrits par exemple dans FR-A- 2717126 et dans FR-A-2731952. Dans le mode climatisation, le circuit de fluide réfrigérant sert généralement à refroidir le flux d'air à traiter de manière à abaisser ou à maintenir la température de l'habitacle audessous de la température extérieure. Il peut également servir à éliminer l'humidité du flux d'air par passage dans l'évaporateur, avant de le réchauffer au moyen de la source de chaleur qui est habituel- lement un échangeur de chaleur alimenté en fluide chaud. Dans le mode de chauffage additionnel, la chaleur fournie par l'évaporateur au flux d'air sert à suppléer à un apport insuffisant par la source de chaleur, en particulier lorsque celle-ci est un échangeur de chaleur parcouru par le fluide de refroidissement du moteur d'entraînement du véhicule, et que le moteur, et par suite le fluide de refroidissement, n'ont pas atteint leur température de fonctionnement normale. Dans le procédé connu utilisant les circuits des documents précités, le choix de l'utilisateur quant au mode de circula- tion du fluide réfrigérant est pris en compte quelle que soit la température à l'extérieur du véhicule. Or, on a constaté que les modes climatisation et chauffage additionnels peuvent, dans certaines plages de température extérieure, entraîner un risque d'embuage des vitres du véhicule recevant l'air traité, et notamment du pare-brise. Il est connu par ailleurs de détecter l'apparition de buée sur les vitres au moyen d'un capteur approprié, et d'utiliser le signal du capteur pour déclencher une action visant à éliminer la buée. Un tel capteur présente l'inconvénient d'augmenter le coût du dispositif de traitement du flux d'air. De plus, la buée peut nuire à la visibilité du conducteur, même pendant le temps limité séparant son apparition de son élimination à la suite de l'intervention du capteur. Le but de l'invention est d'aménager le procédé de traitement du flux d'air de manière à prévenir l'apparition de buée, rendant ainsi superflue l'utilisation d'un capteur de buée. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que le mode chauffage additionnel n'est autorisé que lorsque la température à l'extérieur du véhicule est inférieure à une première limite et que le mode climatisation n'est autorisé que lorsque la température à l'extérieur du véhicule est supérieure à une seconde limite supérieure à la première limite, le mode repos étant activé à chaque fois que le mode sélectionné par l'utilisateur n'est pas autorisé. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Dans une première plage intermédiaire de température exté- rieure comprise entre la première limite et une troisième limite inférieure à celle-ci, la circulation selon le mode chauffage additionnel est soumise à des conditions restricti- ves par rapport à la plage inférieure située au-dessous de la première limite. - La circulation continue selon le mode chauffage additionnel est autorisée immédiatement dans la plage inférieure, et seulement après une période de circulation intermittente dans la première plage intermédiaire. - Dans la première plage intermédiaire, la circulation continue selon le mode chauffage additionnel n'est autorisée qu'après une séquence prédéterminée de phases alternées de circulation et de repos. - Une séquence de phases alternées interrompue par une mise au repos par l'utilisateur est reprise lorsque celui-ci sélectionne de nouveau le mode chauffage additionnel, à condition que le mode climatisation n'ait pas été sélectionné entre temps. - La durée de ladite séquence est de l'ordre de 15 minutes. - Ladite séquence comprend environ neuf phases de chaque type. - Pendant ladite séquence, la durée des phases de circulation va généralement en augmentant et la durée des phases de repos va généralement en augmentant puis en diminuant. - Dans une seconde plage intermédiaire de température extérieure comprise entre la seconde limite et une quatrième limite supérieure à celle-ci, la circulation selon le mode climatisation est soumise à des conditions restrictives par rapport à la plage supérieure située au-dessus de la troi- sième limite. - Le mode chauffage additionnel est autorisé en permanence dans la plage supérieure, et seulement pendant une durée prédéterminée après chaque sélection de ce mode dans la première plage intermédiaire. - Ladite durée prédéterminée est de l'ordre de 5 minutes. - L'une au moins des première, seconde, troisième et qua- trième limites présente approximativement la valeur indiquée ci-après, en OC: - troisième limite: -5 - première limite: +5 - seconde limite: +10 - quatrième limite: -r18. L'invention a également pour objet un dispositif de traite- ment d'air pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant un circuit de fluide réfrigérant comportant un évaporateur, un compresseur, un condenseur et au moins un détendeur, une source de chaleur, des moyens pour faire passer ledit flux d'air à travers l'évaporateur puis au contact de la source de chaleur, des moyens pour faire circuler le fluide dans le circuit selon lesdits trois modes, des moyens de commande permettant à un utilisateur de sélectionner chacun de ces modes, des moyens pour déterminer la température à l'extérieur du véhicule et des moyens pour inhiber le mode climatisation lorsque la température exté- rieure est supérieure à la première limite et pour inhiber le mode chauffage additionnel lorsque la température extérieure est inférieure à la seconde limite, et le cas échéant des moyens pour établir une séquence alternée de phases de circulation en mode chauffage additionnel et de repos dans la première plage intermédiaire, et/ou pour limiter la durée de circulation en mode climatisation dans la seconde plage intermédiaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'inven- tion; et - la figure 2 est un organigramme illustrant le procédé selon l'invention. Le dispositif de la figure 1 comprend un circuit CF dans lequel circule un fluide réfrigérant propre à passer de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur, et de l'état gazeux à l'état liquide en cédant de la chaleur. Les composants de ce 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 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 autre détendeur 9 est placé dans la branche 3. Les trois voies d'une vanne à trois voies 11 placée au point B communi- quent respectivement avec les branches 1, 2 et 3. Le compres- seur 4 et la vanne i1 sont commandés par un module de commande 12 de façon à établir pour le dispositif un mode climatisation, un mode chauffage additionnel ou un mode repos, ces trois modes étant décrits plus loin. Le dispositif comprend également un circuit d'air à traiter CA, représenté de façon très simplifiée. Dans ce circuit, un flux d'air produit par un ventilateur ou pulseur non repré- senté, et symbolisé par la flèche F1, traverse l'évaporateur puis le cas échéant un radiateur de chauffage 20. L'air est ensuite distribué de façon connue, selon des flèches F2, en différents endroits de l'habitacle du véhicule, et en particulier en direction du pare-brise 21. Bien que, sur la figure 1, le flux F1 soit représenté comme traversant le radiateur 20, des moyens connus peuvent être prévus pour permettre à tout ou partie du flux d'air d'éviter le radia- teur, en fonction des besoins de chauffage de l'habitacle. Le dispositif comprend encore des moyens non représentés, et notamment un ventilateur, pour faire circuler un flux d'air indiqué par la flèche F3 en contact thermique avec le condenseur 6. Enfin, un capteur 22 détecte la température à l'extérieur de l'habitacle du véhicule, et transmet un signal correspondant au module de commande 12. Lors du fonctionnement du dispositif en mode climatisation, la vanne 11 est commandée de manière à envoyer le fluide refoulé par le compresseur vers le condenseur 6 o il se condense en cédant de la chaleur au flux d'air F3, puis traverse la bouteille 7 et le clapet anti- retour 8 et subit une détente dans le détendeur 10. Le fluide s'évapore dans l'évaporateur 5 en refroidissant le flux d'air Fl. Le fluide gazeux sortant de l'évaporateur 5 est de nouveau aspiré par le compresseur. Dans le mode chauffage additionnel, le fluide circule dans la boucle de réchauffage formée par les branches 1 et 3. En sortant du compresseur 4, il passe par la vanne 11, puis dans le détendeur 9 et atteint, en restant à l'état gazeux, l'évaporateur 5 o il cède de la chaleur au flux d'air Fl. Le fluide revient ensuite au compresseur. Dans le mode repos, le compresseur 4 est hors service et aucun fluide ne circule dans le circuit, de sorte qu'aucun échange de chaleur ne se produit entre l'évaporateur et le flux d'air Fl. Le tableau 1 ci-après et la figure 2 représentent respective- ment une table de vérité et un organigramme relatifs à la commande du circuit CF par le module 12, dans le procédé selon l'invention. Tableau 1 Mode Demande Demande Besoin Risque Autorisation Mode Mode autorisé CATH AC de CATH Embuage REHEAT Séquence activé CATH OUI X VRAI X X X CATH CATH OUI X FAUX IX X X REPOS CATH NON X lx X X REPOS SÉQUENCE OUI X VRAI OUI IX CATH CATH SÉQUENCE OUI lx VRAI OUI lX IREPOS REPOS SÉQUENCE OUI X IVRAI NON X X CATH SÉQUENCE OUI X FAUX lX X X REPOS SÉQUENCE NON X X {X l X X REPOS REPOS X lx |X X _ _ __ __ I i X I XXREPOS REHEAT X OUI XOUIOUI X AC REHEAT X OUI IX X NON IX REPOS REHEAT X NON IX X lX X REPOS20! AC lX OUI X X X X AC AC lX |NON lX X lX X REPOS Dans le tableau, les symboles "CATH" et "AC" désignent respectivement le mode chauffage additionnel et le mode climatisation. Le signe X à l'intersection d'un rang et d'une colonne signifie que la variable associée à la colonne est inexistante ou sans effet compte tenu des valeurs des autres variables figurant dans le même rang. La première colonne du tableau est relative à la variable "Mode autorisé", qui est fonction de la température exté- rieure mesurée par le capteur 22. La valeur de cette variable est CATH, SÉQUENCE, REPOS, REHEAT et AC respectivement pour les intervalles de températures +10 C, +10 à 18 C et > 18 C. Pour les variables "Demande CATH" et "Demande AC", les valeurs OUI et NON signifient respectivement que le mode correspondant est et n'est pas sélectionné par l'utilisateur. Comme indiqué sur la figure 2, la variable "Besoin de CATH" est évaluée par comparaison entre la température du fluide de refroidissement circulant dans le radiateur 20 (T eau) et des valeurs de références T eau min et T eau max, de manière à empêcher que le mode chauffage additionnel soit activé alors que cette température est suffisante pour permettre un chauffage suffisant du flux F1 par le radiateur 20. La variable "Mode courant", qui représente le Mode de fonction- nement activé au moment de l'évaluation, permet d'interdire le démarrage du mode chauffage additionnel dès la valeur de température T eau min, et de n'interrompre celui-ci lorsqu'il est déjà activé que pour la valeur T eau max. A partir des variables "Mode précédent" et "Séquence complè- te", la variable "Risque Embuage" est évaluée de manière à n'autoriser le mode chauffage additionnel en continu qu'après une séquence déterminée de phase alternée de fonctionnement dans ce mode et de repos, suivant un fonctionnement en mode climatisation ou un repos continu. En effet, le passage du mode climatisation ou du repos continu au mode chauffage additionnel continu provoquerait un risque d'embuage par entraînement de l'humidité présente dans l'évaporateur, ce risque étant éliminé par la séquence précitée. Les durées en secondes des phases alternées sont indiquées à titre d'exemple dans le tableau 2. Tableau 2 Circulation Repos 10 30 30 40 40 t 40 30 90 1 20 I 10 10 Ainsi, la séquence commence par une période de circulation de secondes suivie d'une période de repos de 10 secondes, puis de phases de 30 secondes, 30 secondes, 30 secondes, 40 secondes, etc. Selon une caractéristique préférée, comme le montre le tableau 2, la durée des phases de circulation va généralement en augmentant du début à la fin de la séquence, tandis que la durée des phases de repos va en augmentant puis en diminuant. La séquence de phases alternées est commandée par la case SÉQUENCES EMBUAGE de l'organigramme, qui après exécution amène la variable "Séquence complète" de la valeur FAUX à la valeur VRAI. Comme indiqué également sur l'organigramme, on peut en outre utiliser une variable "Tempo Séquence" pour réduire la durée totale de la séquence en fonction de la durée de fonctionnement précédent en mode climatisation. La variable "Autorisation Reheat" permet de limiter la durée de fonctionnement en mode climatisation, dans l'intervalle de température concerné, à la valeur nécessaire pour assurer le désembuage, cette valeur étant par exemple de 5 minutes. Un fonctionnement prolongé dans ces conditions serait en effet coûteux en énergie, l'air étant refroidi par l'évaporateur puis réchauffé par le radiateur 20. Enfin, la variable "Mode Séquence" prend alternativement les valeurs CATH et REPOS pendant l'exécution de la séquence précitée. Les variables "Détection défaut" et "Tension pulseur" apparaissant sur l'organigramme de la figure 2 permettent, de manière connue en soi, de désactiver le mode choisi par l'utilisateur en cas d'anomalie de fonctionnement ou au cas o la vitesse du pulseur produisant le flux d'air à traiter n'est pas conforme. Bien entendu, les valeurs numériques données dans la présente description le sont à titre d'exemples, sans aucun caractère limitatif, et pourront être modifiées selon les besoins. i1 Revendications 1. Procédé pour traiter un flux d'air (F1) à envoyer dans l'habitacle d'un véhicule, dans lequel ledit flux d'air, avant d'être exposé le cas échéant à une source de chaleur (20), traverse un évaporateur (5) qui fait partie d'un circuit (CF) de fluide réfrigérant comprenant également un compresseur (4), un condenseur (6) et au moins un détendeur (9, 10), en tenant compte du choix d'un utilisateur qui peut sélectionner l'un quelconque de trois modes de circulation du fluide réfrigérant, à savoir un mode climatisation dans lequel le fluide circule successivement dans l'évaporateur (5) o il se vaporise en recevant de la chaleur du flux d'air, dans le compresseur (4), dans le condenseur (6) o il se condense en cédant de la chaleur à un autre milieu (F3) et dans un détendeur (10), un mode chauffage additionnel dans lequel le fluide circule à l'état gazeux entre l'évaporateur o il cède de la chaleur au flux d'air et le compresseur, sans passer par le condenseur, et un mode repos dans lequel le fluide ne circule pas dans l'évaporateur, caractérisé en ce que le mode chauffage additionnel n'est autorisé que lorsque la température à l'extérieur du véhicule est infé- rieure à une première limite et que le mode climatisation n'est autorisé que lorsque la température à l'extérieur du véhicule est supérieure à une seconde limite supérieure à la première limite, le mode repos étant activé à chaque fois que le mode sélectionné par l'utilisateur n'est pas autorisé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une première plage intermédiaire de température exté- rieure comprise entre la première limite et une troisième limite inférieure à celle-ci, la circulation selon le mode chauffage additionnel est soumise à des conditions restricti- ves par rapport à la plage inférieure située au-dessous de la première limite. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la circulation continue selon le mode chauffage additionnel est autorisée immédiatement dans la plage inférieure, et seulement après une période de circulation intermittente dans la première plage intermédiaire. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans la première plage intermédiaire, la circulation continue selon le mode chauffage additionnel n'est autorisée qu'après une séquence prédéterminée de phases alternées de circulation et de repos. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une séquence de phases alternées interrompue par une mise au repos par l'utilisateur est reprise lorsque celui-ci sélectionne de nouveau le mode chauffage additionnel, à condition que le mode climatisation n'ait pas été sélectionné entre temps. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caracté- risé en ce que la durée de ladite séquence est de l'ordre de minutes. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caracté- risé en ce que ladite séquence comprend environ neuf phases de chaque type. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caracté- risé en ce que, pendant ladite séquence, la durée des phases de circulation va généralement en augmentant et la durée des phases de repos va généralement en augmentant puis en diminuant. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une seconde plage intermédiaire de température extérieure comprise entre la seconde limite et une quatrième limite supérieure à celle-ci, la circulation selon le mode climatisation est soumise à des conditions restrictives par rapport à la plage supérieure située au- dessus de la troisième limite. !0. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mode chauffage additionnel est autorisé en permanence dans la plage supérieure, et seulement pendant une durée prédéter- minée après chaque sélection de ce mode dans la première plage intermédiaire. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite durée prédéterminée est de l'ordre de 5 minutes. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des première, seconde, troisième et quatrième limites présente approximativement la valeur indiquée ci-après, en C: - troisième limite: -5 - première limite: +5 - seconde limite: +10 - quatrième limite: +18. 13. Dispositif de traitement d'air pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, compre- nant un circuit (CF) de fluide réfrigérant comportant un évaporateur (5), un compresseur (4), un condenseur (6) et au moins un détendeur (9, 10), une source de chaleur (20), des moyens pour faire passer ledit flux d'air à travers l'évapo- rateur puis au contact de la source de chaleur, des moyens pour faire circuler le fluide dans le circuit selon lesdits trois modes, des moyens de commande permettant à un utilisa- teur de sélectionner chacun de ces modes, des moyens (22) pour déterminer la température à l'extérieur du véhicule et des moyens (12) pour inhiber le mode climatisation lorsque la température extérieure est supérieure à la première limite et pour inhiber le mode chauffage additionnel lorsque la température extérieure est inférieure à la seconde limite, et le cas échéant des moyens pour établir une séquence alternée de phases de circulation en mode chauffage additionnel et de repos dans la première plage intermédiaire, et/ou pour limiter la durée de circulation en mode climatisation dans la seconde plage intermédiaire.