Brevet FR2924055A1 — publié le 20090529

L'invention concerne un système de chauffage d'habitacle de véhicule automobile, en particulier un système de chauffage d'appoint. Les nouvelles motorisations Diesel 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 empêche d'obtenir un confort thermique dans l'habitacle dans un délai raisonnable (environ 30 minutes après le démarrage du moteur). Pour remédier à ce problème, il est par exemple connu de la demande EP 0 780 254 d'utiliser un système de climatisation du véhicule dans un mode de chauffage. Dans ce mode, on fait circuler le fluide du circuit de climatisation dans une branche dérivée évitant le condenseur. Ainsi, l'évaporateur reçoit le fluide du circuit de climatisation à l'état gazeux et joue le rôle d'un échangeur de chaleur pour dissiper, sous forme de chaleur, l'énergie fournie au fluide au niveau de la pompe. Le système peut notamment être utilisé dans ce mode pour chauffer l'habitacle du véhicule lorsque la température du moteur thermique du véhicule est insuffisante. On connaît aussi de la demande FR 2 501 596 un dispositif électrique de chauffage d'appoint utilisant des résistances électriques montées dans le circuit de ventilation d'un véhicule automobile pour réchauffer l'habitacle notamment lorsque la température du moteur thermique du véhicule est insuffisante. Ces deux solutions sont consommatrices d'énergie que le moteur 30 thermique devra fournir en plus de celle qu'il aurait normalement fournie en utilisation normale et sont donc source de pollution. CK/Ag\2. R442.12 FR.60. dpt. doc Pour éviter un tel problème, il est connu d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement normalement dissipée dans l'air ambiant au niveau de l'échappement, éventuellement après que ces gaz ont perdu une partie de leur enthalpie au niveau de la turbine de suralimentation dans le cas de moteurs suralimentés. Les gaz d'échappement présentent en effet une température élevée très peu de temps après le démarrage du moteur thermique. Il est notamment connu de la demande de brevet FR 2 854 103 un système de chauffage d'habitacle d'automobile comprenant un circuit de liquide de refroidissement présentant un aérotherme et un échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement. Grâce à un tel système, une partie de la chaleur des gaz d'échappement sert à réchauffer le liquide de refroidissement qui est ensuite utilisé pour le chauffage de l'habitacle via l'aérotherme. Cette solution pose notamment des problèmes d'encrassement de l'échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement, du côté gaz d'échappement. Le but de l'invention est de fournir un système de chauffage d'habitacle obviant aux inconvénients cités précédemment et améliorant les systèmes de chauffage connus de l'art antérieur ou offrant une solution alternative à ceux-ci. En particulier, l'invention propose un système de chauffage d'habitacle simple, nécessitant peu d'entretien et permettant un chauffage rapide de l'habitacle sans consommation supplémentaire d'énergie par le moteur thermique. L'invention repose sur un système de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant un moteur thermique qui comprend au moins un caloduc en contact avec un élément d'un système CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. do c d'échappement du moteur thermique pour transférer de la chaleur de cet élément de système d'échappement à un liquide caloporteur. Selon une variante, le système de chauffage peut comporter au moins un 5 caloduc comprenant un échangeur pour transférer de la chaleur du fluide de l'au moins un caloduc au liquide caloporteur. Selon une autre variante, le système de chauffage peut comporter un échangeur comprenant un tuyau cheminant dans l'au moins un caloduc, 10 le liquide caloporteur circulant dans ce tuyau. Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre au moins un caloduc manoeuvrable grâce à un actionneur entre une première position (A) de contact avec l'élément de système 15 d'échappement et une deuxième position (B) dans laquelle l'au moins un caloduc est à distance de l'élément de système d'échappement. Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre un échangeur air-liquide caloporteur destiné à être traversé, d'une part, par 20 le liquide caloporteur et, d'autre part, par de l'air pour réchauffer l'habitacle. Selon une autre variante, le système de chauffage peut comprendre un échangeur air-liquide caloporteur branché sur le circuit de 25 refroidissement du moteur thermique, le liquide de refroidissement circulant dans ce circuit étant susceptible de traverser l'échangeur air-liquide caloporteur lorsqu'une vanne du circuit de refroidissement est ouverte. 30 L'invention porte aussi sur un procédé de fonctionnement d'un système de chauffage, caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une première température C K/Ag\2. R442.12 FR. 60. dpt. do c seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une première position (A) de contact avec l'élément de système d'échappement et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la première température seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une deuxième position (B) à distance de l'élément de système d'échappement. Selon une variante, le procédé de fonctionnement d'un système de chauffage est caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une deuxième température seuil, le liquide de refroidissement ne circule pas dans l'échangeur air-liquide caloporteur et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la deuxième température seuil, le liquide de refroidissement circule dans l'échangeur air-liquide caloporteur. Selon une autre variante, le procédé de fonctionnement d'un système de chauffage est caractérisé en ce que les première et deuxième températures seuil sont égales. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un système de chauffage tel que décrit précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation 25 d'un système de chauffage d'habitacle selon l'invention. La figure 1 est un schéma représentant partiellement un véhicule automobile équipé d'un mode de réalisation d'un système de chauffage d'habitacle selon l'invention. La figure 2 est une coupe schématique partielle du véhicule au niveau du plan II-II de la figure 1. C K/Ag\2. R442.12FR. 60. dpt. do c 30 Le véhicule automobile 1, représenté partiellement à la figure 1, comprend un habitacle 24 séparé d'un compartiment moteur 25 par un tablier 9. Dans le compartiment moteur, le véhicule comprend un moteur thermique 2 incluant un système d'échappement 4 comprenant notamment un tube d'échappement 16. Ce moteur thermique présente également un circuit de refroidissement permettant de réguler sa température de fonctionnement, le circuit de refroidissement étant parcouru par un liquide de refroidissement. Le véhicule comprend aussi un système 3 de ventilation et de renouvellement de l'air de l'habitacle. Ce système comprend notamment une grille d'entrée d'air 8, un ventilateur 10 et un système 12 de distribution d'air dans l'habitacle du véhicule. Le véhicule comprend encore, en interaction avec le système de ventilation et de renouvellement de l'air et le système d'échappement et le circuit de refroidissement du moteur, un système 6 de chauffage de l'habitacle du véhicule. 20 Le système de chauffage comprend principalement un aérotherme 11 ou échangeur air-liquide caloporteur, situé dans une tubulure du système de ventilation et de renouvellement de l'air de l'habitacle. Cet aérotherme est traversé, d'une part, par un liquide caloporteur, par exemple le liquide 25 caloporteur de refroidissement du moteur et, d'autre part, par l'air circulant dans le système de ventilation et de renouvellement afin de chauffer celui-ci. Le liquide caloporteur de refroidissement du moteur est conduit du circuit de refroidissement au système de chauffage grâce à des conduites 22 et 23. Une vanne 21, par exemple une électrovanne ou 30 une vanne thermostatique, permet d'autoriser ou d'interdire la circulation du liquide caloporteur de refroidissement du moteur dans l'aérotherme CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. do c15 11. De préférence, la circulation du liquide caloporteur de refroidissement du moteur n'est autorisée que lorsque sa température est supérieure à une température seuil et lorsque l'utilisateur du véhicule requiert le chauffage de l'habitacle. Un dispositif additionnel 26 de chauffage comprend l'aérotherme 11 relié par des conduites 13 et 14 conduisant un liquide caloporteur, de préférence le même que celui utilisé pour refroidir le moteur, à deux échangeurs (non représentés) en série prévus dans des caloducs 17a et 17b. Ces échangeurs permettent un échange de chaleur entre le fluide contenu dans les caloducs et le liquide caloporteur. Par exemple, ces échangeurs comprennent un tuyau en forme de serpentin dans chacun des caloducs. L'extérieur de ces tuyaux est en contact avec le fluide des caloducs alors que le liquide caloporteur circule dans les tuyaux. Une pompe 15 est de préférence prévue pour faire circuler le liquide caloporteur entre l'aérotherme et les caloducs. Les caloducs comprennent chacun une enveloppe étanche enfermant un fluide en équilibre entre sa phase gazeuse et sa phase liquide. Les caloducs sont escamotables de manière à être déplacés par exemple grâce à un actionneur électrique 20 entre une première position A dans laquelle ils sont en contact avec un élément du système d'échappement, par exemple le tube d'échappement 16, et une deuxième position B dans laquelle ils sont à distance du système d'échappement. Des moyens de guidage 19 sont prévus pour guider les caloducs dans leur mouvement entre ces deux positions. De préférence, les caloducs sont maintenus dans la première position A tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une température seuil et que l'utilisateur du véhicule requiert le chauffage de l'habitacle. De préférence, une pompe de circulation 15 CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. doc du liquide caloporteur est activée lorsque les caloducs sont dans cette première position. Quand les caloducs sont dans la première position A, l'élément de système d'échappement, qui est rapidement chaud après le démarrage du moteur, transfert par contact (donc par conduction) de la chaleur à une des extrémités de chacun des caloducs. Cette chaleur entraîne la vaporisation d'une fraction du fluide contenue dans les caloducs, cette fraction se déplaçant alors vers les autres extrémités des caloducs. A ces extrémités, le fluide vaporisé se condense en cédant sa chaleur au liquide caloporteur via l'échangeur décrit précédemment. Le fluide condensé se dirige alors vers les autres extrémités des caloducs où il reçoit de nouveau de la chaleur de l'élément de système d'échappement. De préférence, l'élément de système d'échappement destiné à être en contact avec les caloducs présente une surface 18 étudiée pour optimiser l'échange thermique avec les caloducs. Par exemple, la surface 18 est plane et les extrémités des caloducs destinés à venir en contact avec cette surface sont également plans. Quand le liquide de refroidissement du moteur est suffisamment chaud pour assurer le chauffage de l'air de l'habitacle ou que l'utilisateur du véhicule automobile ne requiert pas le chauffage de l'habitacle, les caloducs sont escamotés dans la deuxième position B dans laquelle ils sont à distance du système d'échappement et dans laquelle ils n'échangent par conséquent pas de chaleur avec celui-ci. Les caloducs se trouvant sous le châssis du véhicule, des moyens de carénage de l'ensemble formé par la surface 18 et les caloducs 17a et 17b sont avantageusement prévus pour éviter toute projection de C K/Ag\2. R442.12FR. 60. dpt. do c salissure au niveau des surfaces des caloducs et de l'élément de système d'échappement destinés à entrer en contact dans la première position A, de manière à ne pas dégrader le transfert thermique entre l'élément de système d'échappement et les caloducs. CK/Ag\2.R442.12FR.60. dpt.doc Revendications : 1. Système de chauffage (6) d'un habitacle d'un véhicule automobile (1) comprenant un moteur thermique (2), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un caloduc (17a, 17b) en contact avec un élément (16) d'un système d'échappement (4) du moteur thermique pour transférer de la chaleur de cet élément de système d'échappement à un liquide caloporteur. 2. Système de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins un caloduc comprend un échangeur pour transférer de la chaleur du fluide de l'au moins un caloduc au liquide caloporteur. 3. Système de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur comprend un tuyau cheminant dans l'au moins un caloduc, le liquide caloporteur circulant dans ce tuyau. 4. Système de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un caloduc est manoeuvrable grâce à un actionneur (20) entre une première position (A) de contact avec l'élément de système d'échappement et une deuxième position (B) dans laquelle l'au moins un caloduc est à distance de l'élément de système d'échappement. 5. Système de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur air-liquide caloporteur (11) destiné à être traversé, d'une part, par le liquide caloporteur et, d'autre part, par de l'air pour réchauffer l'habitacle. CK/Ag\2. R442.12FR. 60. dpt. do c30 6. Système de chauffage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'échangeur air-liquide caloporteur est branché sur le circuit de refroidissement (5) du moteur thermique, le liquide de refroidissement circulant dans ce circuit étant susceptible de traverser l'échangeur air-liquide caloporteur lorsqu'une vanne (21) du circuit de refroidissement est ouverte. 7. Procédé de fonctionnement d'un système de chauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une première température seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une première position (A) de contact avec l'élément de système d'échappement et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la première température seuil, l'au moins un caloduc est maintenu dans une deuxième position (B) à distance de l'élément de système d'échappement. 8. Procédé de fonctionnement d'un système de chauffage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, tant que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une deuxième température seuil, le liquide de refroidissement ne circule pas dans l'échangeur air-liquide caloporteur et en ce que, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur est supérieure à la deuxième température seuil, le liquide de refroidissement circule dans l'échangeur air-liquide caloporteur. 9. Procédé de fonctionnement d'un système de chauffage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les première et deuxième températures seuil sont égales. CK/Ag\2. R442.12 FR. 60 . dpt. do c 10. Véhicule automobile (1) comprenant un système de chauffage (6) selon l'une des revendications 1 à 6. CK/Ag\2. R442.12FR.60. dpt. doc