Brevet FR2908084A1 — publié le 20080509

2.R442.12FR.25 DA dépôt L'invention concerne un système de chauffage d'habitacle de véhicule automobile équipé de solutions de diminution des émissions de Nox à l'échappement, par EGR (Exhaust Gaz Recirculation) basse pression et éventuellement haute pression. L'invention concerne aussi un véhicule automobile en tant que tel équipé d'un tel système. Enfin, elle concerne aussi un procédé de gestion du chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile. Il existe dans l'art antérieur des solutions pour lutter contre la pollution provoquée par les gaz d'échappement des véhicules automobiles. La figure 1 illustre une telle solution, qui comprend un moteur 1 alimenté en air par une entrée 2, un compresseur 3, un échangeur 4 puis une admission moteur 5. Pour diminuer l'émission en Nox des gaz d'échappement sortant sur l'échappement 6 du véhicule, une première solution, connue sous la dénomination anglo-saxonne d'EGR (Exhaust Gaz Recirculation) haute pression, consiste en une recirculation 12 des gaz d'échappement en sortie du moteur, traversant un échangeur 13 avant de rejoindre l'admission moteur 5. Une seconde solution, connue sous sa dénomination d'EGR basse pression, consiste en une recirculation 11 d'une partie des gaz d'échappement récupérés vers la sortie du véhicule, après leur passage par différents dispositifs de traitements comme un catalyseur 21, un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules 22, pour leur réadmission à l'entrée du compresseur 3. Une vanne d'échappement 7 permet de régler la quantité de gaz basse pression à recirculer. Une telle solution de recirculation 11 de gaz d'échappement non refroidis présente l'inconvénient de risquer d'endommager le compresseur 3 si les gaz ont une température trop élevée et de diminuer le rendement du compresseur. 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt Les nouvelles motorisations ont atteint un niveau de rendement tel que le transfert de chaleur depuis les chambres de combustion et depuis les zones de frottement des éléments mécaniques entre eux vers le liquide de refroidissement est devenu très faible. Cette perte de puissance thermique 5 empêche d'obtenir un confort thermique dans l'habitacle dans un délai raisonnable (environ 30 minutes après le démarrage du moteur en ambiance très froide par exemple -18 C). Elle entraîne de plus une surconsommation du véhicule dans la phase de démarrage et de montée en température du moteur. 10 La demande de brevet FR 2 854 103 présente une solution de système de chauffage d'habitacle d'automobile comprenant un circuit de liquide de refroidissement moteur, présentant un aérotherme et un échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement, positionné en sortie de la ligne 15 d'échappement. Une vanne permet de définir selon les besoins la quantité de gaz d'échappement utile au niveau de l'échangeur gaz d'échappement-liquide, le reste des gaz étant orienté vers un by-pass. Grâce à un tel système, une partie de la chaleur des gaz d'échappement sert à réchauffer le liquide de refroidissement dont la chaleur est ensuite 20 exploitée pour le chauffage de l'habitacle via l'aérotherme. Cette solution améliore la montée en température de l'habitacle lors de la phase de démarrage. Toutefois, elle présente l'inconvénient que lorsque le véhicule est équipé d'un dispositif anti-pollution tel que décrit précédemment et situé en amont de l'échangeur gaz d'échappement - liquide de 25 refroidissement, les gaz ne passent plus ou en petite quantité seulement dans la partie finale d'échappement et la solution décrite dans ce document n'est plus efficace. 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt 3 Le but de l'invention est de fournir un système de chauffage de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un dispositif anti-pollution EGR basse pression, obviant aux inconvénients cités précédemment. 5 Plus précisément, l'invention propose un système de chauffage de liquide de refroidissement combiné à un système anti-pollution EGR basse pression permettant une performance optimale des deux systèmes dans toutes les situations, c'est-à-dire permettant un bon chauffage de l'habitacle notamment dans la phase de montée en température et 10 permettant un fonctionnement de l'EGR basse pression sans agression du compresseur. Selon l'invention, le système de chauffage pour véhicule automobile comprenant un moteur, une ligne d'échappement pour les gaz 15 d'échappement et une recirculation possible des gaz d'échappement basse pression en entrée du compresseur de la ligne d'admission des gaz vers le moteur, cette recirculation étant commandée par une vanne de recirculation, est caractérisé en ce que le système comprend un échangeur gaz d'échappement ù liquide sur la ligne d'échappement en 20 amont de la vanne de recirculation, apte à refroidir les gaz d'échappement et à chauffer simultanément un liquide, et en ce qu'il comprend un dispositif pour récupérer la chaleur de ce liquide afin de chauffer l'habitacle du véhicule. 25 L'échangeur gaz d'échappement ù liquide peut se trouver proche de la vanne de recirculation, après la sortie d'au moins un système de post traitement comme un catalyseur. Le liquide peut être le liquide de refroidissement du moteur. 30 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt Le système peut comprendre une vanne trois voies pour orienter les gaz d'échappement vers l'échangeur gaz d'échappement û liquide ou vers un by-pass. 5 Le système peut comprendre un capteur de température du liquide de refroidissement en sortie du moteur et un capteur de température de l'air de l'habitacle. Le système peut comprendre un EGR, haute pression. Un véhicule automobile selon l'invention comprend un système de chauffage défini précédemment. Selon l'invention, un procédé de régulation de la température de 15 l'habitacle d'un véhicule automobile défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comprend une étape initiale de montée en température dans laquelle la température d'eau en sortie du moteur est relativement basse et la température de l'habitacle n'a pas encore atteint la température recherchée, dans laquelle une première vanne dirige les gaz 20 d'échappement basse pression vers un échangeur gaz d'échappement û liquide pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression et dans laquelle une deuxième vanne ferme partiellement l'échappement des gaz vers l'extérieur et les force vers l'admission moteur pour transmettre ces gaz basse pression au 25 moteur pour diminuer les émissions polluantes des gaz d'échappement. Le procédé de régulation de la température peut comprendre une étape intermédiaire dans laquelle la première vanne dirige les gaz vers l'échangeur gaz d'échappement û liquide alors que la deuxième vanne 30 dirige substantiellement l'échappement des gaz vers l'extérieur. 10 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt 5 Le procédé de régulation de la température peut comprendre une étape de régime stabilisé, dans laquelle les gaz d'échappement sont orientés directement vers l'extérieur par les première et deuxième vannes, par 5 l'intermédiaire d'un by-pass et sans recirculation ou peu par la ligne de recirculation. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution 10 particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente une solution de l'art antérieur ; la figure 2 représente un mode d'exécution de l'invention. 15 La figure 2 illustre une mise en oeuvre de l'invention dans laquelle les mêmes éléments que dans la figure 1 de l'art antérieur portent les mêmes références. Cette solution prévoit l'utilisation d'un échangeur de chaleur 19 en amont de la vanne 7 de recirculation des gaz d'échappement du 20 système EGR basse pression. Une vanne trois voies 18 permet de choisir si les gaz d'échappement doivent passer par cet échangeur 19 ou par un by-pass 20. L'échangeur de chaleur 19 permet de refroidir les gaz d'échappement et 25 de chauffer le liquide de refroidissement du moteur dont la chaleur est récupérée par un aérotherme, non représenté, afin de chauffer l'habitacle du véhicule. Ainsi, cet échangeur de chaleur 19 remplit les deux fonctions suivantes : -il améliore le chauffage de l'habitacle. Comme les gaz 30 d'échappement peuvent traverser l'échangeur de chaleur 19 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt f) indépendamment du fonctionnement du système EGR basse pression, il est toujours possible d'utiliser ce système de chauffage en cas de besoin ; -il peut refroidir les gaz d'échappement destinés à une recirculation selon le système EGR basse pression, pour protéger le compresseur 3 et 5 améliorer le rendement de celui-ci. Ce dispositif est adapté à différents moteurs thermiques 1, diesel ou essence. D'autre part, il peut fonctionner avec ou sans dispositif d'EGR haute pression, qui est optionnel. L'échangeur 19 est placé en amont de la 10 vanne 7 de recirculation des gaz basse pression, de préférence juste avant cette vanne, après différents dispositifs de post-traitements des gaz (catalyseur 21, FAP 22, Nox-Trap), non représentés en intégralité. Toutefois, d'autres positionnements entre la sortie moteur et cette vanne seraient envisageables, sans sortir du concept de l'invention. 15 Avantageusement, ce dispositif comprend, comme cela est connu de l'art antérieur, un capteur de température du liquide de refroidissement en sortie du moteur et un capteur de température d'air de l'habitacle, pour permettre une automatisation de la régulation de la température de 20 l'habitacle. Ainsi, le dispositif de l'invention permet la mise en oeuvre d'un procédé de chauffage de l'habitacle performant comprenant les phases essentielles suivantes : -en phase initiale de montée en température, la température d'eau en sortie du moteur n'a pas encore atteint une température seuil, de 60 25 degrés Celsius par exemple, la température de l'habitacle n'a pas encore atteint une température recherchée, de 21 degrés Celsius par exemple, et le moteur nécessite de l'EGR basse pression ; la vanne 18 dirige les gaz vers l'échangeur 19 et la vanne 7 ferme partiellement l'échappement des gaz vers l'extérieur et les force vers l'admission moteur 5 par la 30 recirculation EGR basse pression 11 ; 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt 7 -en régime stabilisé, le moteur est chaud et la configuration de la phase précédente peut être sélectionnée lors des fonctionnements à faible débit de gaz d'échappement, et au contraire, en cas de fort débit de gaz d'échappement, les vannes 18 et 7 guident ces gaz directement vers 5 l'extérieur, par le by-pass 20 puis sans recirculer ou peu par la ligne EGR 11; -enfin, des régimes intermédiaires sont possibles, nécessitant le chauffage de l'habitacle et le passage des gaz par l'échangeur 19, sans recirculation ou peu de ces gaz dans la ligne 11 EGR. 10 Revendications 1. Système de chauffage pour véhicule automobile comprenant un moteur (1), une ligne d'échappement (6) pour les gaz d'échappement et une recirculation (11) possible des gaz d'échappement basse pression en entrée du compresseur (3) de la ligne d'admission des gaz vers le moteur, cette recirculation étant commandée par une vanne de recirculation (7), caractérisé en ce que le système comprend un échangeur gaz d'échappement û liquide (19) sur la ligne d'échappement (6) en amont de la vanne de recirculation (7), apte à refroidir les gaz d'échappement et à chauffer simultanément un liquide, et en ce qu'il comprend un dispositif pour récupérer la chaleur de ce liquide afin de chauffer l'habitacle du véhicule. 2. Système de chauffage pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur gaz d'échappement û liquide (19) se trouve proche de la vanne de recirculation (7), après la sortie d'au moins un système de post traitement comme un catalyseur. 3. Système de chauffage pour véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liquide est le liquide de refroidissement du moteur. 4. Système de chauffage pour véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne trois voies (18) pour orienter les gaz d'échappement vers l'échangeur gaz d'échappement û liquide (19) ou vers un by-pass (20). 5. Système de chauffage pour véhicule automobile selon l'une des 30 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt 9 de température du liquide de refroidissement en sortie du moteur et un capteur de température de l'air de l'habitacle. 6. Système de chauffage pour véhicule automobile selon l'une des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un EGR haute pression (12, 13). 7. Véhicule automobile comprenant un système de chauffage selon l'une des revendications 1 à 6. 10 8. Procédé de régulation de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape initiale de montée en température dans laquelle la température d'eau en sortie du moteur est relativement basse et la température de 15 l'habitacle n'a pas encore atteint la température recherchée, dans laquelle une première vanne (18) dirige les gaz d'échappement basse pression vers un échangeur gaz d'échappement ù liquide (19) pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression et dans laquelle une deuxième vanne (7) ferme 20 partiellement l'échappement des gaz vers l'extérieur et les force vers l'admission moteur (5) pour transmettre ces gaz basse pression au moteur (1) pour diminuer les émissions polluantes des gaz d'échappement. 9. Procédé de régulation de la température de l'habitacle d'un véhicule 25 automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape intermédiaire dans laquelle la première vanne (18) dirige les gaz vers l'échangeur gaz d'échappement ù liquide (19) alors que la deuxième vanne (7) dirige substantiellement l'échappement des gaz vers l'extérieur. 2908084 2.R442.12FR.25 DA dépôt 10 10. Procédé de régulation de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régime stabilisé, dans laquelle les gaz d'échappement sont orientés directement vers l'extérieur par les première (18) et deuxième (7) 5 vannes, par l'intermédiaire d'un by-pass (20) et sans recirculation ou peu par la ligne de recirculation (Il).