Brevet FR2933906A1 — publié le 20100122

Procédé et dispositif d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule. [000i ] La présente invention concerne un procédé et un dispositif 5 d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule muni d'un moteur thermique. [0002 L'habitacle des véhicules est habituellement chauffé à l'aide d'un échangeur liquide / air, appelé aérotherme, dans lequel circule un liquide caloporteur provenant du circuit de refroidissement du moteur thermique. Ce 10 circuit comporte de façon classique une pompe, appelée souvent pompe à eau, des chambres dans le bloc moteur et dans la culasse pour refroidir le moteur et la culasse, un boîtier de sortie ayant deux sorties, l'une étant reliée audit aérotherme pour le chauffage de l'habitacle et l'autre à un radiateur. Le liquide caloporteur circule alors successivement dans la pompe, 15 dans le bloc moteur, dans la culasse, le boîtier de sortie, et enfin dans le radiateur et dans l'aérotherme d'où il retourne à la pompe. [0003 ] A la mise en marche du moteur, ce dernier est froid. Il en est de même du liquide caloporteur qui se réchauffe au fur et à mesure que le moteur chauffe. Si la température extérieure est froide, la température du 20 moteur n'augmente que lentement : l'habitacle ne se réchauffera donc que lentement. La présente invention propose un procédé et un dispositif permettant de chauffer plus rapidement l'habitacle. [0004 ~ Différentes solutions ont déjà été proposées. Par exemple, le brevet FR 2 821 298 décrit un système comportant un échangeur air / liquide 25 permettant de réchauffer, avec la chaleur des gaz d'échappement, le liquide circulant dans l'aérotherme de chauffage de l'habitacle. Le brevet 2 854 103 propose d'insérer, dans la ligne d'échappement des gaz de combustion, un échangeur de chaleur et un volet permettant d'orienter tout ou partie des gaz d'échappement vers l'échangeur. Ces solutions présentent l'inconvénient 30 d'utiliser des échangeurs supplémentaires et donc d'augmenter le coût des véhicules. La présente invention propose un procédé et un dispositif simples et peu onéreux à mettre en oeuvre. [0005] De façon plus précise, l'invention propose un procédé d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule muni d'un moteur thermique, d'une ligne d'échappement des gaz de combustion émis par le moteur et d'un circuit de refroidissement du moteur, un liquide caloporteur circulant dans ledit circuit de refroidissement, le chauffage de l'habitacle étant réalisé à l'aide d'un aérotherme dans lequel peut circuler ledit fluide caloporteur. Selon l'invention, afin d'augmenter plus rapidement la température du fluide caloporteur et donc la température de l'habitacle, on dégrade le rendement effectif du moteur, par exemple en obstruant au moins partiellement la ligne d'échappement des gaz de combustion. [0006 L'invention concerne également un dispositif d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule muni d'un moteur thermique, d'une ligne d'échappement des gaz de combustion émis par le moteur et d'un circuit de refroidissement du moteur, un liquide caloporteur circulant dans ledit circuit de refroidissement, le chauffage de l'habitacle étant réalisé à l'aide d'un aérotherme dans lequel peut circuler ledit fluide caloporteur. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens pour obstruer au moins partiellement la ligne d'échappement des gaz de combustion, de façon variable en fonction de l'augmentation de température souhaitée dans l'habitacle. [0007 Selon un mode de réalisation préféré, lesdits moyens comportent un volet orientable entre une première position pour laquelle la ligne d'échappement des gaz de combustion n'est pratiquement pas obstruée et une deuxième position pour laquelle la ligne d'échappement est au moins partiellement obstruée. La position dudit volet peut être indexée sur la température dudit liquide caloporteur. [0008 ] De façon avantageuse, des moyens de dépollution peuvent être placés dans la ligne d'échappement, ledit volet étant monté dans la ligne d'échappement en aval desdits moyens de dépollution, et la position dudit volet peut être indexée sur la température dudit liquide caloporteur. [0009] L'invention a également pour objet un véhicule automobile équipé d'un moteur thermique et d'un dispositif d'amélioration de la montée en température de son habitacle tel que décrit précédemment. L'invention est tout particulièrement intéressante lorsqu'elle est appliquée à des véhicules automobiles de petites dimensions, équipés d'un moteur thermique de type dit diesel, de préférence tel que le volume de l'ensemble des chambres à combustion soit inférieur à 21. [0o10 ] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : ^ la figure 1 montre schématiquement une réalisation possible de l'invention, et ^ la figure 2 montre l'augmentation, en %, des flux thermiques de combustion AFT en fonction de l'augmentation, en mbar, de la pression 20 moyenne indiquée (PMI). [0011 ] Selon le procédé de l'invention, on dégrade le rendement effectif du moteur, par exemple en obstruant au moins en partie la ligne des gaz d'échappement émis par le moteur thermique ce qui a pour effet d'augmenter plus rapidement la température du liquide caloporteur circulant dans le circuit 25 de refroidissement du moteur et dans l'aérotherme. L'air extérieur, aspiré à travers l'aérotherme et injecté ensuite dans l'habitacle, se réchauffe plus vite ; la température dans l'habitacle augmente donc plus rapidement. [0012] L'augmentation de la température du liquide caloporteur peut être réalisée selon l'invention en dégradant le rendement effectif du moteur. La combustion du mélange carburant/air dans le moteur thermique fournit de l'énergie mécanique transmise aux roues motrices du véhicule et de l'énergie thermique laquelle est convoyée au moins en partie par le liquide caloporteur et dissipée par le radiateur du circuit de refroidissement. En moyenne, environ 30 à 40% de l'énergie fournit par la combustion est transformée en énergie mécanique, le reste étant dissipée sous forme de frottement et de flux thermiques, et d'énergie à l'échappement. En dégradant le rendement du moteur, pour une même quantité d'énergie procurée par la combustion, on diminue l'énergie mécanique obtenue et on augmente l'énergie thermique. Le liquide caloporteur recueille donc plus de chaleur et s'échauffe plus vite. La diminution du rendement effectif peut se faire par exemple en augmentant la charge imposée au moteur (par exemple en faisant fonctionner des accessoires supplémentaires à l'aide du moteur ou en ne facilitant pas l'évacuation des gaz d'échappement) ou encore en modifiant la calibration du moteur, ce qui peut être réalisé en décalant le cycle de combustion (par exemple en avançant ou retardant le cycle de l'injection). Selon l'invention, le rendement du moteur est dégradé de préférence en créant une obstruction dans la ligne des gaz d'échappement. [0013] La figure 1 montre schématiquement le circuit d'admission d'air d'un moteur thermique 10 muni d'un turbo compresseur 12 et la ligne d'échappement des gaz brûlés. De l'air extérieur au véhicule est aspiré à travers un filtre à air 14, et comprimé à l'aide d'un compresseur 16 du turbo compresseur 12. Un débitmètrel 8 mesure le débit d'air aspiré et envoie cette information à un calculateur (non représenté) qui gère le fonctionnement du moteur. L'air comprimé passe ensuite dans un échangeur thermique 20 afin de refroidir l'air comprimé, afin de pouvoir injecter une quantité d'air plus importante dans les cylindres du moteur. [0014 ] L'air refroidi passe ensuite à travers un doseur 22 qui ajuste la quantité d'air selon la richesse souhaitée du mélange air/carburant. L'air est ensuite admis dans les cylindres du moteur 10 par la ligne d'admission d'air 24. Les gaz brûlés sortent du moteur par la ligne d'échappement 26, une partie des gaz étant réinjectée dans les cylindres grâce à une vanne de recirculation des gaz d'échappement 28 (vanne EGR) et un échangeur EGR 30, le reste des gaz étant évacué à travers une turbine 32 du turbo compresseur 12 et à travers des moyens de dépollution 34 qui peuvent comporter un filtre à particules et un ou plusieurs catalyseurs. [0015 ] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, des moyens d'obturation variable 36 sont placés dans la ligne d'échappement 26, de préférence en aval des moyens de dépollution. Les moyens d'obturation 36 peuvent être constitués principalement d'un volet orientable qui peut se déplacer entre une première position (position horizontale sur la figure 1) pour laquelle la ligne d'échappement n'est pratiquement pas obstruée et une deuxième position pour laquelle la ligne d'échappement est au moins partiellement obstruée. La position du volet peut être obtenue à l'aide d'un mécanisme commandé par un calculateur, qui peut être par exemple le calculateur qui gère le fonctionnement du moteur. [0016 ] De façon avantageuse, la position du volet 36 peut être indexée sur la température du liquide caloporteur du circuit de refroidissement moteur. [0017 ] L'obturation partielle de la ligne d'échappement permet de charger le moteur en l'obligeant à travailler plus pour évacuer les gaz d'échappement. Il en résulte une augmentation de la température du moteur et donc de la température du liquide caloporteur ce qui permet de réchauffer plus rapidement l'air traversant l'aérotherme de chauffage de l'habitacle. [0018 ] La charge imposée au moteur ou, en d'autres termes, le couple moteur effectif CME, s'analyse de façon habituelle de la manière suivante : CME = CMI ù CMF = (CMIHp ù CMIBp) ù CMF CME représentant le couple moteur effectif en Nm, CMI représentant le couple moteur indiqué en Nm, CMF représentant le couple moteur de frottement en Nm. [0019 ] Les indices HP et BP désignant respectivement la haute pression et 5 la basse pression des cycles de fonctionnement du moteur, le couple CMI peut se décomposer en une partie haute pression: CMIHP correspondant au fonctionnement du moteur lorsque les soupapes sont fermées et une partie basse pression : CMIBP correspondant au fonctionnement du moteur pendant les cycles d'admission et d'échappement. La partie basse pression 10 correspond au travail que doit fournir le moteur pour aspirer le mélange carburant/air et pour évacuer les gaz brûlés des cylindres. [0020 ] Ainsi, si la ligne d'échappement est obstruée, en fermant au moins partiellement le volet 36 de la figure 1, le moteur devra fournir plus de travail pour évacuer les gaz d'échappement. Le couple CMIBP ou la PMIBP 15 (Pression moyenne indiquée BP) vont augmenter. Si l'on considère un fonctionnement du moteur à couple CME constant et si on augmente le couple CMIBP en fermant partiellement le volet 36, il est nécessaire d'augmenter le couple CMIHP (en injectant plus de carburant dans les cylindres) ce qui a pour effet d'augmenter les flux thermiques dans le moteur 20 (en d'autres termes, le moteur va chauffer plus). Le liquide caloporteur, et donc l'aérotherme, vont alors s'échauffer plus rapidement ce qui permet de chauffer plus rapidement l'habitacle du véhicule. [0021 ] La figure 2 représente l'augmentation (en %) des flux thermiques AFT dans les chambres de combustion en fonction de l'augmentation (en 25 mbar) de la PMIBP (ou, ce qui est équivalent, du couple de pompage) due à la fermeture du volet 36 dans la ligne d'échappement, sur un point de fonctionnement faible charge (1500 tours/min ù 25 Nm). Par exemple, une augmentation de la PMIBP d'environ 300 mbar provoque une augmentation de 7 à 8% des flux thermiques AFT dans le moteur. Cette augmentation des flux thermiques va induire une augmentation de température du liquide caloporteur et donc une augmentation de la température de l'air qui traverse l'aérotherme et qui pénètre ensuite dans l'habitacle. [0022] L'invention permet, avec des moyens très simples et peu onéreux, d'améliorer la montée en température de l'air injecté dans l'habitacle d'un véhicule. [0023] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, l'obturation de la ligne d'échappement peut être réalisée autrement que par un volet orientable. Le mode de réalisation représenté sur la figure 1 comprend un turbo compresseur 12 et un circuit EGR 28-30. Bien entendu, ces composants ne sont pas indispensables pour la réalisation de l'invention. Il en est de même de l'échangeur thermique 20 et des moyens de dépollution 34. REVENDICATIONS1. Procédé d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule muni d'un moteur thermique (10), d'une ligne d'échappement (26) des gaz de combustion émis par le moteur et d'un circuit de refroidissement du moteur, un liquide caloporteur circulant dans ledit circuit de refroidissement, le chauffage de l'habitacle étant réalisé à l'aide d'un aérotherme dans lequel peut circuler ledit fluide caloporteur, le procédé étant caractérisé en ce que, afin d'augmenter plus rapidement la température du fluide caloporteur et donc la température de l'habitacle, on dégrade le rendement effectif du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on dégrade le rendement effectif du moteur en obstruant (36) au moins partiellement la ligne d'échappement des gaz de combustion. 3. Dispositif d'amélioration de la montée en température de l'habitacle d'un véhicule muni d'un moteur thermique (10), d'une ligne d'échappement (26) des gaz de combustion émis par le moteur et d'un circuit de refroidissement du moteur, un liquide caloporteur circulant dans ledit circuit de refroidissement, le chauffage de l'habitacle étant réalisé à l'aide d'un aérotherme dans lequel peut circuler ledit fluide caloporteur, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (36) pour obstruer au moins partiellement la ligne d'échappement des gaz de combustion, de façon variable en fonction de l'augmentation de température souhaitée dans l'habitacle. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un volet orientable (36) entre une première position pour laquelle la ligne d'échappement (26) des gaz de combustion n'est pratiquement pas obstruée et une deuxième position pour laquelle la ligne d'échappement des gaz est au moins partiellement obstruée. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que, des moyens de dépollution (34) étant placés dans la ligne d'échappement, ledit volet (36) est placé dans la ligne d'échappement (26) en aval desdits moyens de dépollution. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que la position dudit volet (36) est indexée sur la température dudit liquide caloporteur. 7. Véhicule automobile équipé d'un moteur thermique et d'un dispositif d'amélioration de la montée en température de son habitacle conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 6. 20 25