Brevet FR2774034A1 — publié le 19990730

Procédé et dispositif de chauffage et de climatisation de véhicule avec surveillance de l'embuage du pare-brise 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 effectué par un utilisateur entre au moins un mode de travail dudit circuit dans lequel le fluide circule dans l'évaporateur de manière à modifier la tempéra- ture du flux d'air et un mode repos dans lequel le fluide ne circule pas dans l'évaporateur. Un tel procédé est utilisé couramment pour la climatisation de l'habitacle du véhicule. Il est également utilisé, au moyen d'un circuit de fluide réfrigérant tel que ceux décrits dans FR-A-2 717 126 et dans FR-A-2 731 252, dans un mode de travail o l'évaporateur cède de la chaleur au flux d'air, pour 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. 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. Cette action consiste à favoriser l'envoi d'air chaud vers les surfaces vitrées embuées, soit en modifiant la répartition du flux d'air traité entre différen- tes bouches de sortie dans l'habitacle, soit en augmentant globalement le débit de ce flux, soit en augmentant les échanges entre celui-ci et la source de chaleur, soit en combinant ces différentes voies. En aucun cas le signal du capteur de buée n'agit sur la circulation du fluide réfrigé- rant. Il a maintenant été découvert que la détection de la présence de buée pouvait avantageusement être exploitée pour la commande du circuit de fluide réfrigérant, soit pour inter- dire un mode de circulation favorisant l'embuage, soit au contraire pour réserver au cas o il est utile pour le désembuage un mode de circulation coûteux en énergie. Un premier aspect de l'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que la présence éventuelle de buée est détectée sur au moins une surface vitrée du véhicule vers laquelle est envoyée au moins une partie du flux traité et que le résultat de la détection est pris en compte, conjointement au choix de l'utilisateur, pour définir les conditions de circulation du fluide réfrigérant. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen- taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Le circuit de fluide réfrigérant comporte en tant que mode de travail 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, le mode climatisation n'étant autorisé qu'en cas d'embuage, au moins dans une plage déterminée de température à l'extérieur du véhicule, et le mode repos étant activé lorsque le mode climatisation est choisi et non autorisé. - Le mode climatisation n'est autorisé qu'en cas d'embuage au-dessous d'une première valeur limite de température exté- rieure et est autorisé indépendamment de l'embuage au-dessus de ladite première valeur limite. - Le circuit de fluide réfrigérant comporte en tant que mode de travail 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, l'autorisation du mode chauffage addi- tionnel et/ou le débit du fluide réfrigérant dans celui-ci étant fonction de l'embuage. - Le mode chauffage additionnel est commandé en fonction de l'embuage au-dessous d'une seconde valeur limite de tempéra- ture extérieure inférieure à la première valeur limite, et totalement inhibé au-dessus de ladite seconde valeur limite, et le mode climatisation n'est autorisé, en cas d'embuage, qu'au-dessus de ladite seconde valeur limite. - Au-dessus de ladite seconde valeur limite, le mode chauf- fage additionnel est inhibé si un embuage apparaît alors que ce même mode est activé, et autorisé dans le cas contraire. Selon un second aspect de l'invention, on prend en compte un signal représentatif de la vitesse de variation du degré d'embuage d'une surface vitrée d'un véhicule pour la gestion du traitement d'un flux d'air à envoyer au moins en partie vers cette surface vitrée, et notamment pour autoriser ou non un mode de travail dans le procédé selon le premier aspect de l'invention. On peut en outre combiner ledit signal représentatif de la vitesse de variation du degré d'embuage à un signal représen- tatif du degré d'embuage. Selon un troisième aspect de l'invention, on détecte la présence de buée et/ou la variation du degré d'embuage sur deux régions du pare-brise du véhicule éloignées l'une de l'autre au moyen d'un capteur unique comprenant un émetteur qui émet des rayonnements vers lesdites régions et un récepteur qui reçoit des rayonnements en provenance de celles-ci. Dans une combinaison avantageuse d'au moins deux aspects de l'invention, on détecte la présence de buée et/ou la varia- tion du degré d'embuage sur la partie supérieure et sur la partie inférieure du pare-brise, au moyen d'un même capteur ou de capteurs séparés, et on utilise les signaux de détec- tion relatifs à la partie supérieure pour commander le mode climatisation et les signaux de détection relatifs à la partie inférieure pour commander le mode chauffage addition- nel. 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 avant de l'envoyer au moins une partie vers au moins une surface vitrée du véhicule, des moyens pour faire circuler le fluide dans le circuit selon au moins un mode de travail, des moyens de sélection permettant à un utilisateur de choisir entre ce ou ces modes de travail et un mode repos, des moyens pour détecter la présence éventuelle de buée sur au moins une surface vitrée du véhicule vers laquelle est envoyée au moins une partie du flux traité et pour produire un signal en réponse à la détection de buée, et des moyens de commande pour commander le mode de circulation du fluide en fonction du choix de l'utilisateur et dudit signal. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens pour déterminer la température à l'extérieur du véhicule, les moyens de commande étant propres à tenir compte de ladite température. 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; - la figure 2 est un organigramme illustrant le procédé selon l'invention; et - la figure 3 réunit trois graphiques 3a, 3b et 3c montrant la variation en fonction du temps de signaux produits lors de la détection de i'embuage dans un mode de réalisation du 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 11 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, Dour faire circuler un flux d'air indiqué par la flèche F3 en contact thermique avec le condenseur 6. Un capteur 22 détecte la température à l'extérieur de l'habitacle du véhicule, et transmet un signal correspondant au module de commande 12. En outre, dans l'exemple illustré, un capteur de buée 23 surveille à la fois la région infé- rieure du pare-brise 21, o la buée se forme en premier et o l'apparition de caractéristiques optiques anormales indique donc un début d'embuage, et la partie supérieure o la buée disparaît en dernier, et o le retour à des caractéristiques optiques normales indique donc la fin de lembuage. Les signaux produits par le capteur 23 sont envoyés à l'unité 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 se vaporise 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 de Risque Mode Mode autoriséCATH AC CATH Embuage d'embuage activé CATH OUI lX VRAI OUI CATH/AC REPOS CATH OUI lX VRAI OUI IREPOS CATH CATH OUI X VRAI NON X CATH CATH OUI [X FAUX lX I _X REPOS IXl CATH NON X X X X I REPOS I i REHEAT x OUI X NON lx REPOS REHEAT X OUI IX OUI x AC REHEAT X NON X X X REPOS I AC X OUI X X X AC AC X NON X X IREPOS 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, REHEAT et AC respectivement pour les intervalles de températures 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. La variable "Risque embuage" est évaluée à partir de la variable "Sonde embuage", fournie directement ou indirecte- ment par le capteur 23, de manière à indiquer si le pare- brise est embué ou non. La variable "Mode d'embuage" n'existe que si cette même variable vaut OUI, et est alors égale à la variable "Mode activé". La figure 3 montre une courbe typique 3a de variation en fonction du temps d'un signal de tension U produit par un capteur de buée connu à rayonnement infrarouge ou ultrasono- re. En l'absence de buée, ce signal présente une valeur constante U0. A partir d'un instant to, de la buée est détectée et le signal U augmente. L'action corrective déclenchée en réponse à la détection entraîne un ralentisse- ment de l'embuage puis un désembuage, de sorte que le signal passe par un maximum U! à un instant t! avant de décroître pour revenir à la valeur U0 à un instant t2. La courbe 3b représente la variation en fonction du temps de la dérivée de U par rapport au temps, dU/dt. Cette dérivée est nulle avant to, positive entre to et tl, négative entre t1 et t2, et de nouveau nulle au-delà de t2. La courbe 3c représente un signal binaire résultant du traitement du signal U et/ou du signal dU/dt et qui prend la valeur 1 en l'absence d'emnbuage, c'est-à-dire avant to et après t2, et la valeur 0 en presence d'embuage, c'est-à-dire entre to et t2. Ce signal peut constituer la variable "Sonde embuage". L'utilisation du signal dU/dt dispense notamment de la nécessité de connaître la valeur U0 du signal de tension en l'absence d'embuage. Ainsi qu'il ressort de la présente description, les diffé- rents aspects de l'invention peuvent être utilisés aussi bien individuellement qu'en toutes combinaisons. En particulier, le capteur 23 peut être remplacé par un capteur surveillant une seule zone du pare-brise, ou par deux capteurs surveil- lant chacun une zone. Par ailleurs, comme indiqué également plus haut, dans l'intervalle de température du mode CATH, le mode repos peut être remplacé par un mode chauffage addition- nel à débit de fluide réduit. -0 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 de fluide réfrigérant (CF) comprenant également un compresseur (4), un condenseur (6) et au moins un détendeur (9, 10), en tenant compte du choix effectué par un utili- sateur entre au moins un mode de travail dudit circuit dans lequel le fluide circule dans l'évaporateur (5) de manière à modifier la température du flux d'air et un mode repos dans lequel le fluide ne circule pas dans l'évaporateur, caracté- risé en ce que la présence éventuelle de buée est détectée sur au moins une surface vitrée (21) du véhicule vers laquelle est envoyée au moins une partie (F2) du flux traité (F1) et que le résultat de la détection est pris en compte, conjointement au choix de l'utilisateur, pour définir les conditions de circulation du fluide réfrigérant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte en tant que mode de travail 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 et dans un détendeur (10), le mode climatisation n'étant autorisé qu'en cas d'embuage, au moins dans une plage déterminée de température à l'extérieur du véhicule, et le mode repos étant activé lorsque le mode climatisation est choisi et non autorisé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mode climatisation n'est autorisé qu'en cas d'embuage au- dessous d'une première valeur limite de température exté- rieure et est autorisé indépendamment de l'embuage au-dessus de ladite première valeur limite. i1 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de fluide réfrigérant comporte en tant que mode de travail un mode chauffage addi- tionnel 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, l'autorisation du mode chauffage additionnel et/ou le débit du fluide réfrigé- rant dans celui-ci étant fonction de l'embuage. 5. Procédé selon la revendication 4, rattachée à la revendication 3, caractérisé en ce que le mode chauffage additionnel est commandé en fonction de l'embuage au-dessous d'une seconde valeur limite de température extérieure inférieure à la première valeur limite, et totalement inhibé au-dessus de ladite seconde valeur limite, et que le mode climatisation n'est autorisé, en cas d'embuage, qu'au-dessus de ladite seconde valeur limite. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, au-dessus de ladite seconde valeur limite, le mode chauffage additionnel est inhibé si un embuage apparaît alors que ce même mode est active, et autorisé dans le cas contraire. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prend en compte, pour autoriser ou non un mode de travail, un signal (dU/dt) représentatif de la vitesse de variation du degré d'embuage de ladite surface vitrée. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on combine ledit signal (U) représentatif de la vitesse de variation du degré d'embuage à un signal représentatif du degré d'embuage. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte la présence de buée et/ou la variation du degré d'embuage sur deux régions du pare-brise du véhicule éloignées l'une de l'autre au moyen d'un capteur unique (23) comprenant un émetteur qui émet des rayonnements vers lesdites régions et un récepteur qui reçoit des rayonne- ments en provenance de celles-ci. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte la présence de buée et/ou la variation du degré d'embuage sur la partie supérieure et sur la partie inférieure du pare-brise et qu'on utilise les signaux de détection relatifs à la partie supérieure pour commander le mode climatisation et les signaux de détection relatifs à la partie inférieure pour commander le mode chauffage additionnel. 11. Dispositif de traitement d'air pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, compre- nant un circuit de fluide réfrigérant (CF) 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 (F1) à travers l'évaporateur puis au contact de la source de chaleur avant de l'envoyer au moins une partie vers au moins une surface vitrée (21) du véhicule, des moyens (4, 11) pour faire circuler le fluide dans le circuit selon au moins un mode de travail, des moyens de sélection permettant à un utilisateur de choisir entre ce ou ces modes de travail et un mode repos, des moyens (23) pour détecter la présence éventuelle de buée sur au moins une surface vitrée (21) du véhicule vers laquelle est envoyée au moins une partie (F2) du flux traité et pour produire un signal (U) en réponse à la détection de buée, et des moyens de commande (12) pour commander le mode de circulation du fluide en fonction du choix de l'utilisa- teur et dudit signal. 12. Dispositif selon la revendication 11 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 2, 3 et 5, comprenant en outre des moyens (22) pour déterminer la température à l'extérieur du véhicule, les moyens de commande (12) étant propres à tenir compte de ladite température.