Brevet FR3107209A1 — publié le 20210820

La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile pourvu d’un habitacle et équipé d’un moteur, ledit dispositif comprenant, d’une part, un circuit (R) de liquide caloporteur assurant le refroidissement du moteur (M) et débouchant en aval du moteur dans un boîtier (B) de sortie du liquide et, d’autre part, un circuit de chauffage (C) de l’habitacle pourvu d’une source de chaleur (4) et d’un aérotherme (3), caractérisé en ce qu’il comprend une électrovanne trois voies (1) destinée à isoler ou à raccorder ledit circuit de refroidissement (R) et ledit circuit de chauffage (C) de l’habitacle et dont une première voie est raccordée à l’aérotherme (3) et est couplée à un clapet anti-retour principal (2), une seconde voie est raccordée au boîtier (B) du circuit de liquide caloporteur et une troisième voie est raccordée à l’aérotherme (3) via ladite source de chaleur (4).  Figure 1 DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE DU MOTEUR A COMBUSTION ET DE L’HABITACLE DE VEHICULES AUTOMOBILES ET PROCEDE DE MISE EN ŒUVRE DUDIT DISPOSITIF L’invention s’applique au domaine de la gestion thermique des véhicules automobiles. Plus précisément, l’invention concerne, à titre principal, un dispositif apte et destiné à assurer, dans un véhicule automobile, un conditionnement thermique optimal et circonstancié, à la fois, du moteur à combustion interne et de l’habitacle. A titre subsidiaire, l’invention se rapporte à un procédé de mise en œuvre de ce dispositif thermique en vue de faciliter, à la fois, le démarrage à froid du moteur et le chauffage de l’habitacle, moteur éteint ou tournant. Les groupes motopropulseurs des véhicules automobiles comprennent généralement plusieurs circuits à fonction thermique dans lesquels circule un fluide caloporteur. Le circuit de refroidissement du moteur et le circuit de chauffage ou de réchauffage de l'habitacle du véhicule constituent de tels circuits fluidiques caloporteurs. Ces deux circuits peuvent être liés, afin de permettre le transfert de la chaleur issue du moteur vers l'habitacle et limiter ainsi la consommation énergétique du véhicule en s’affranchissant de l’utilisation d’un système complémentaire. Le circuit de réchauffage de l’habitacle est pourvu, de manière traditionnelle, d’une source de chaleur tel qu’un brûleur, un radiateur électrique ou bien un stockeur d'énergie calorifique, capable d’alimenter le circuit aérotherme de l’habitacle en fluide caloporteur et d’assurer ainsi son chauffage préalable avant le démarrage du moteur et, subsidiairement, le dégivrage du parebrise. Un tel système de conditionnement thermique possède sa propre pompe à eau et une sonde de régulation de la température. Dans le cas de l’utilisation d’un système de réchauffage à brûleur, ce dernier est alimenté, via une pompe doseuse, avec le carburant du véhicule. Une électrovanne permet de diriger le flux de fluide caloporteur au travers de différentes conduites (voie aérotherme ou voie de sortie d’eau du circuit de refroidissement) suivant une loi de commande. Toutefois, cette solution entraîne nécessairement un surcoût pour modifier et adapter le circuit de refroidissement conventionnel, en particulier, du fait de l’ajout d’éléments complémentaires dans le circuit aérotherme (réchauffeur, pompe à eau, électrovanne, …) et de la nécessaire intégration de clapets anti-retour afin de garantir, malgré cette adaptation, un débit de fluide suffisant dans le circuit de refroidissement du moteur. Il existe déjà des systèmes de gestion et de conditionnement thermique du groupe motopropulseur de véhicules automobiles tels que celui décrit dans le brevet FR3064674. Ce système comprend un circuit de circulation du liquide de refroidissement dans lequel sont intégrés un échangeur thermique de refroidissement du moteur, un circuit aérotherme, un boîtier de sortie du liquide caloporteur, une pompe de circulation de ce liquide et divers conduits de raccordement. Cependant, le circuit aérotherme de l’habitacle n’est pas autonome car il est piloté directement ou indirectement, par le système de régulation du circuit de refroidissement. Or, ce système de régulation est complexe et énergivore car le pilotage des vannes nécessite des capteurs et des câbles, ou des émetteurs et des récepteurs, permettant d'envoyer des ordres aux vannes depuis un calculateur embarqué. Dans ce contexte, l’invention propose une solution technique consistant à implanter sur le véhicule un nouveau circuit aérotherme susceptible d’être connecté ou isolé du circuit de refroidissement du moteur et permettant d’assurer ainsi une autonomie au procédé de chauffage de l’habitacle tout en améliorant les conditions thermiques du groupe moto propulseur pour un démarrage à froid. Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile pourvu d’un habitacle et équipé d’un moteur, ledit dispositif comprenant, d’une part, un circuit de liquide caloporteur assurant le refroidissement du moteur et débouchant en aval du moteur dans un boîtier (B) de sortie du liquide et, d’autre part, un circuit de chauffage de l’habitacle pourvu d’une source de chaleur et d’un aérotherme, caractérisé en ce qu’il comprend une électrovanne trois voies destinée à isoler ou à raccorder ledit circuit de refroidissement et ledit circuit de chauffage de l’habitacle et dont une première voie est raccordée à l’aérotherme et est couplée à un clapet anti-retour principal, une seconde voie est raccordée au boîtier du circuit de liquide caloporteur et une troisième voie est raccordée à l’aérotherme via ladite source de chaleur. Selon un mode de réalisation préférentiel du dispositif de l’invention, la première voie et la seconde voie de l’électrovanne trois voies sont des voies d’entrée raccordées, respectivement, à la sortie de l’aérotherme et à la sortie du boîtier de liquide caloporteur tandis que la troisième voie de l’électrovanne est une voie de sortie raccordée à l’entrée de l’aérotherme. Selon une caractéristique avantageuse, la source de chaleur est montée en parallèle sur une boucle du circuit de chauffage de l’habitacle qui comprend une pompe de circulation du liquide caloporteur couplée à la source de chaleur et assurant le raccordement de ladite source à l’aérotherme via un clapet anti-retour auxiliaire. Selon l’invention, il est prévu que le clapet anti-retour principal est monté entre la sortie de l’aérotherme et l’entrée du circuit de refroidissement. De préférence, le clapet anti-retour principal est raccordé à une pompe intégrée au circuit de liquide de refroidissement du moteur. Selon une variante spécifique de réalisation de l’invention, le dispositif comprend un capteur de la température interne du liquide de refroidissement qui est couplé à l’électrovanne trois voies pour commander automatiquement l’ouverture ou la fermeture de ses deux voies d’entrée. Un autre objet de l’invention est un procédé de conditionnement thermique d’un véhicule automobile au moyen du dispositif tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que, préalablement au démarrage du moteur, on isole le circuit de chauffage de l’habitacle du circuit de refroidissement du moteur en fermant la seconde voie d’entrée de l’électrovanne et en ouvrant conjointement sa première voie d’entrée tout en activant la source de chaleur pour chauffer l’habitacle. Selon une caractéristique de ce procédé il est prévu que, postérieurement au démarrage du moteur et lorsque la température du liquide de refroidissement du moteur atteint la température du liquide caloporteur du circuit de chauffage de l’habitacle, on ferme la première voie d’entrée de l’électrovanne et on ouvre sa seconde voie d’entrée pour faire communiquer le boîtier de sortie du liquide de refroidissement avec le circuit de chauffage de l’habitacle. Selon une variante de mise en œuvre du procédé, lorsque le circuit de refroidissement communique avec le circuit de chauffage de l’habitacle, on désactive la source de chaleur. Encore un autre objet de l’invention est un véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne et d’un dispositif de conditionnement thermique présentant les caractéristiques définies ci-dessus. Le dispositif de conditionnement thermique de l’invention s’applique aux véhicules équipés d’un moteur à combustion interne et est apte et destiné à isoler ou à connecter le circuit de refroidissement du moteur et le circuit de chauffage de l’habitacle au moyen d'une électrovanne couplée à un clapet anti-retour. Le chauffage de l’habitacle est ainsi obtenu de façon plus rapide et peut être assuré en toutes circonstances, moteur tournant ou moteur éteint, ce qui améliore le confort du véhicule. L’invention permet aussi d’optimiser la montée en température du liquide de refroidissement et de l’huile dans le groupe motopropulseur et d’éviter les excès de consommation en carburant au démarrage à froid, en particulier, dans les pays situés en zones climatiques dites de «grand froid» (Europe du nord, Russie, Canada ...). Le gain en CO2 est significatif lorsque l'électrovanne trois voies isole les deux circuits et que la source de chaleur est conjointement désactivée. En outre, l’invention permet de s'affranchir des longs développements pour la mise au point de la calibration du moteur lors des démarrages à froids et de standardiser l’architecture du circuit aérotherme de chauffage de l’habitacle pour différentes motorisations et, notamment, pour les véhicules hybrides (thermique/électrique), de type « plug-in ». D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. est un schéma illustrant un mode de réalisation du dispositif de gestion thermique selon l’invention appliqué à un véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion. est un schéma illustrant un mode de réalisation du circuit de chauffage de l’habitacle du véhicule équipé du dispositif de la figure 1. est un schéma représentant le mode de réalisation de la figure 1 moteur éteint où seuls les éléments apparaissant en sombre sont activés. est un schéma représentant le mode de réalisation de la figure 1 moteur tournant où seuls les éléments apparaissant en sombre sont activés. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description et sur la figure. Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. L’invention concerne le domaine de la gestion thermique des véhicules automobiles équipés d’un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne ou une motorisation hybride. Plus précisément, l’invention se rapporte tant à un dispositif qu’à un procédé destinés à assurer, de façon optimale, à la fois le refroidissement du moteur et le chauffage de l’habitacle pour de tels véhicules. Le groupe motopropulseur équipant ces véhicules comprend, de façon traditionnelle et comme illustré par la figure 1, d’une part, un circuit R assurant la circulation d’un liquide de refroidissement qui débouche en aval du moteur M dans un boîtier 7 de sortie et, d’autre part, un circuit C assurant le chauffage de l’habitacle, ce dernier étant pourvu, notamment, d’une source de chaleur 4 et d’un échangeur aérotherme 3 (ou un radiateur) situé dans l’habitacle. La source de chaleur 4 est montée en parallèle sur une boucle du circuit C de chauffage de l’habitacle et est constituée, par exemple, d’un brûleur alimenté par du combustible (issu du réservoir de carburant du véhicule ou tout autre combustible) ou fonctionnant à l’énergie électrique ou bien encore un stockeur d'énergie calorifique. Cette source de chaleur 4 est destinée à chauffer un liquide caloporteur qui est ensuite acheminé dans le circuit C de chauffage vers l’échangeur aérotherme 3. Comme illustré schématiquement par la figure 2, le circuit de chauffage C de l’habitacle comprend, en outre, une pompe 40 de circulation du liquide caloporteur qui est couplée à la source de chaleur 4 et qui assure son raccordement à l’aérotherme 3 via un clapet anti-retour 41 (figure 2). De cette manière, la boucle comportant la source de chaleur 4 peut être déconnectée du reste du circuit de chauffage C, comme cela sera décrit par la suite. Selon l’invention, le dispositif comprend, d’une part, une électrovanne trois voies 1 montée entre l’aérotherme 3 et la source de chaleur 4 et, d’autre part, un clapet anti-retour principal 2 qui est monté entre l’aérotherme 3 et l’entrée 5 du circuit de refroidissement R. Dans cette configuration, l’électrovanne 1 permet d’isoler ou de raccorder le circuit de refroidissement R du moteur M et le circuit C comprenant l’aérotherme 3 tout en continuant d’assurer le chauffage de l’habitacle de façon satisfaisante. A cet effet, l’électrovanne 1 comprend une première voie d’entrée 11 qui est raccordée à la sortie de l’aérotherme 3 et est couplée au clapet anti-retour 2, une seconde voie d’entrée 12 qui est raccordée à la sortie du boîtier B du circuit de liquide caloporteur de refroidissement et une troisième voie de sortie 13 qui est raccordée à l’entrée de l’aérotherme 3 via la boucle de la source de chaleur 4, comme illustré en détail par la figure 2. Avant le démarrage du moteur M, le véhicule se trouve dans une phase de pré-conditionnement thermique de l’habitacle. Dans cette phase, la première voie d’entrée 11 de l’électrovanne 1 est ouverte tandis que la seconde voie d’entrée 12 est fermée. L’électrovanne trois voies 1 isole alors le circuit C de l’aérotherme 3 du circuit de refroidissement R du moteur (représenté en traits clairs sur la figure 3A). Dans cette phase, la source de chaleur 4 et la pompe 40 associée sont activées (représentées en traits sombres sur la figure 3A). Cette opération peut être effectuée plusieurs minutes avant l'activation du moteur thermique et être éventuellement commandée à distance grâce à un calculateur embarqué et un programme géré par l'utilisateur. Au cours de cette phase, le liquide caloporteur circule donc en boucle fermée dans le circuit de chauffage C en allant, via la pompe 40, à la source de chaleur 4 et à l’aérotherme 3 où ses calories sont transférées puis à l’électrovanne 1 avant de revenir à la pompe 40 (dans le sens des flèches). Le liquide chauffé par la source de chaleur 4 apporte les calories nécessaires à l'aérotherme 3 pour réguler la température de l'air à l’intérieur de l’habitacle. Ainsi, avec ce mode de conditionnement thermique, le circuit de refroidissement R du moteur ne subit pas l’influence thermodynamique du circuit de chauffage C de l’habitacle et le liquide ne subit pas d’élévation de température ce qui facilite le démarrage ultérieur à froid. Une fois le moteur thermique M démarré et lorsque la température du liquide de refroidissement atteint la température du liquide caloporteur du circuit de chauffage C, on ferme la première voie d’entrée 11 de l’électrovanne 1 et on ouvre sa seconde voie d’entrée 12 pour faire communiquer le boîtier B de sortie du liquide de refroidissement avec le circuit de chauffage C de l’habitacle, comme illustré par la figure 3B. A cet effet, le dispositif de l’invention comprend une sonde ou un capteur (non représentés) de la température interne du liquide de refroidissement qui est couplé à ladite électrovanne 1 pour commander automatiquement l’ouverture ou la fermeture de ses deux voies d’entrée 11, 12. Le liquide de refroidissement, sortant de la boîte B par la conduite 6, est chargé en calories provenant du moteur M et peut être injecté dans le circuit C où l’aérotherme 3 assure le chauffage de l’habitacle. Le cas échéant, la source de chaleur 4 peut alors être désactivée pour réduire la consommation énergétique. Au cours de cette phase, le liquide caloporteur circule alors (dans le sens des flèches) depuis le circuit de refroidissement R du moteur M vers la boîte de sortie B puis en direction de l’électrovanne 1 vers l’aérotherme 3 où ses calories sont transférées avant de retourner au moteur M, via le clapet anti-retour principal 2 et la conduite 5, sous l’action de la pompe intégrée au circuit de liquide de refroidissement (non représentée). Dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile pourvu d’un habitacle et équipé d’un moteur, ledit dispositif comprenant, d’une part, un circuit (R) de liquide caloporteur assurant le refroidissement du moteur (M) et débouchant en aval du moteur dans un boîtier (B) de sortie du liquide et, d’autre part, un circuit de chauffage (C) de l’habitacle pourvu d’une source de chaleur (4) et d’un aérotherme (3), caractérisé en ce qu’il comprend une électrovanne trois voies (1) destinée à isoler ou à raccorder ledit circuit de refroidissement (R) et ledit circuit de chauffage (C) de l’habitacle et dont une première voie (11) est raccordée à l’aérotherme (3) et est couplée à un clapet anti-retour principal (2), une seconde voie (12) est raccordée au boîtier (B) du circuit de liquide caloporteur et une troisième voie (13) est raccordée à l’aérotherme (3) via ladite source de chaleur (4).  Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première voie et la seconde voie de l’électrovanne trois voies (1) sont des voies d’entrée raccordées, respectivement, à la sortie de l’aérotherme (3) et à la sortie du boîtier (B) de liquide caloporteur tandis que la troisième voie de l’électrovanne (1) est une voie de sortie raccordée à l’entrée de l’aérotherme (3). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite source de chaleur (4) est montée en parallèle sur une boucle du circuit de chauffage (C) de l’habitacle qui comprend une pompe (40) de circulation du liquide caloporteur couplée à la source de chaleur (4) et assurant le raccordement de ladite source à l’aérotherme (3) via un clapet anti-retour auxiliaire (41). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet anti-retour principal (2) est monté entre la sortie de l’aérotherme (3) et l’entrée du circuit de refroidissement (R). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet anti-retour principal (2) est raccordé à une pompe intégrée au circuit (R) de liquide de refroidissement du moteur (M). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de la température interne du liquide de refroidissement qui est couplé à ladite électrovanne (1) pour commander automatiquement l’ouverture ou la fermeture de ses deux voies d’entrée (11, 12). Procédé de conditionnement thermique d’un véhicule automobile au moyen du dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement au démarrage du moteur (M), on isole le circuit de chauffage (C) de l’habitacle du circuit de refroidissement (R) du moteur en fermant la seconde voie (12) de l’électrovanne (1) et en ouvrant sa première voie (11) tout en activant conjointement la source de chaleur (4) pour chauffer l’habitacle. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, postérieurement au démarrage du moteur (M), lorsque la température du liquide de refroidissement du moteur atteint la température du liquide caloporteur du circuit de chauffage (C) de l’habitacle, on ferme la première voie (11) de l’électrovanne (1) et on ouvre sa seconde voie (12) pour faire communiquer le boîtier (B) de sortie du liquide de refroidissement avec le circuit de chauffage (C) de l’habitacle. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lorsque le circuit de refroidissement (R) communique avec le circuit de chauffage (C) de l’habitacle, on désactive la source de chaleur (4). Véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne et d’un dispositif de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 5.