FR2950572A1

FR2950572A1 - Systeme et procede de controle de la temperature de l'habitacle d'un vehicule automobile

Info

Publication number: FR2950572A1
Application number: FR0956749A
Authority: FR
Inventors: Pascal Archer
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-01
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: FR2950572B1; EP2483092A1; WO2011039447A1

Abstract

Système de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne (2), comprenant un premier circuit de refroidissement (8) capable de faire circuler un liquide de refroidissement dans le moteur (2) et dans un dispositif de régulation de la température de l'habitacle (60), un circuit de récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement (6) avec transformation en énergie mécanique, un deuxième circuit de refroidissement (9) capable de faire circuler un liquide de refroidissement à une température inférieure au liquide du premier circuit de refroidissement (8) et des moyens de distribution commandés (V1,V2) capables de mettre en communication le circuit de récupération d'énergie thermique (6) avec le premier (8) ou le deuxième (9) circuit de refroidissement.

Description

Système et procédé de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile

L'invention concerne un système et un procédé de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile. Actuellement, les normes d'émissions polluantes imposent une forte augmentation du rendement des groupes motopropulseurs automobiles. Dans ce contexte, des progrès importants ont été réalisés sur des moteurs à combustion interne de type diesel ou essence. Parmi ceux-ci, nous pouvons citer le turbocompresseur, l'aérodynamisme des chambres de combustion... Pour diminuer les émissions polluantes, on peut choisir de diminuer la consommation en carburant des véhicules. Ainsi, il devient nécessaire de valoriser l'énergie thermique renvoyée à l'air ambiant. Il existe certaines méthodes qui consistent à utiliser un système fonctionnant selon un cycle de Rankine pour valoriser l'énergie thermique d'un moteur thermique. Un tel système permet de convertir une énergie thermique en énergie mécanique. On utilise généralement une vapeur surchauffée, qui traverse une turbine de détente fournissant l'énergie mécanique. La demande de brevet américain US 2005/0229595 décrit un système comprenant deux cycles de Rankine, mais ceux-ci n'offrent pas un rendement mécanique suffisant.

La demande de brevet japonais JP 2008038916 décrit un cycle de Rankine couplé entre la ligne d'échappement des gaz du moteur et un échangeur qui communique avec le circuit de refroidissement du moteur. Mais ce cycle ne permet pas non plus un rendement mécanique suffisant.

Un des buts de l'invention est de valoriser l'énergie thermique récupérée à l'aide d'un système fonctionnant selon un cycle de Rankine. Un autre but de l'invention est d'améliorer le rendement du système fonctionnant selon un cycle de Rankine.

Un autre but de l'invention est de transférer au choix, selon les besoins, une partie de l'énergie thermique récupérée entre différents systèmes du véhicule, comme notamment un système pour contrôler la température de l'habitacle d'un véhicule automobile.

Un autre but de l'invention est de fournir également un système permettant d'augmenter la température du moteur thermique lors de la phase de démarrage du moteur. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne, comprenant un premier circuit de refroidissement capable de faire circuler un liquide de refroidissement dans le moteur et dans un dispositif de régulation de la température de l'habitacle, et un circuit de récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement avec transformation en énergie mécanique. Ce système comprend un deuxième circuit de refroidissement capable de faire circuler un liquide de refroidissement à une température inférieure au liquide du premier circuit de refroidissement et des moyens de distribution commandés capables de mettre en communication le circuit de récupération d'énergie thermique avec le premier ou le deuxième circuit de refroidissement. On peut ainsi utiliser une partie de la chaleur des gaz d'échappement pour participer au chauffage de l'habitacle du véhicule. En outre, on peut augmenter le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique lorsque le circuit de récupération d'énergie thermique est mis en communication avec le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement. On peut également accélérer la montée en température du moteur à combustion interne lorsque le circuit de récupération d'énergie thermique est mis en communication avec le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement. Avantageusement, les premier et deuxième circuits de refroidissement ont un circuit commun et les moyens de distributions commandés comprennent deux électrovannes montées respectivement en amont et en aval dudit circuit commun. L'utilisation d'électrovannes est un moyen simple et peu onéreux pour contrôler les échanges thermiques entre plusieurs systèmes. Selon un autre avantage, ce système comprend un circuit de climatisation capable de faire circuler un fluide de refroidissement dans le dispositif de régulation de la température de l'habitacle, le circuit de climatisation comprenant un échangeur de chaleur couplé au deuxième circuit de refroidissement. Ainsi, le deuxième circuit de refroidissement permet de transférer au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement d'un système de récupération d'énergie thermique vers un circuit de climatisation de l'habitacle du véhicule.

Selon encore un autre avantage, le circuit de récupération d'énergie thermique comprend un échangeur de chaleur de récupération pour chauffer le liquide de refroidissement du premier ou du deuxième circuit de refroidissement, l'échangeur de chaleur de récupération étant situé en aval de l'échangeur de chaleur du circuit de climatisation par rapport au sens d'écoulement du liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement. Ainsi, l'échangeur de chaleur du circuit de climatisation reçoit le liquide du deuxième circuit de refroidissement lorsque ce dernier est le plus froid pour améliorer le rendement du système de climatisation et favoriser le confort des passagers du véhicule. Selon un mode de réalisation, le circuit de récupération d'énergie thermique comprend une turbine couplée, par l'intermédiaire d'un embrayage, à un arbre de transmission du couple du moteur. On peut, ainsi, utiliser une partie de la chaleur des gaz d'échappement pour générer un couple additionnel utilisable par le moteur à combustion interne. Selon un autre mode de réalisation, le circuit de récupération d'énergie thermique comprend une turbine couplée, par l'intermédiaire d'un embrayage, à un alternateur qui est couplé à un arbre de transmission du couple du moteur. Ainsi on peut fournir un moyen pour transformer une énergie mécanique en énergie électrique pour alimenter des capteurs, des actionneurs ou un moteur électrique, par exemple, dans le cas d'une application de type véhicule hybride. Le circuit de climatisation peut également comprendre un compresseur couplé, par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage, à l'arbre de transmission du couple du moteur.

Le circuit de climatisation peut, en outre, comprendre une vanne d'inversion de débit du fluide de refroidissement. Ainsi, le circuit de climatisation peut se transformer en un système de pompe à chaleur, permettant, notamment, d'améliorer le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne, d'au moins un circuit de refroidissement du moteur apte à réguler la température de l'habitacle et d'un circuit de récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement avec transformation en énergie mécanique. Dans ce procédé, on distribue, ou non, l'énergie thermique récupérée vers le circuit de refroidissement du moteur. Avantageusement, ce procédé comprend un circuit de climatisation et dans lequel on distribue l'énergie thermique récupérée vers le circuit de refroidissement du moteur et/ou le circuit de climatisation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un système de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile ; - la figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation du couplage de l'arbre de transmission du couple du moteur ; et - la figure 3 illustre schématiquement un autre mode de réalisation du couplage de l'arbre de transmission du couple du moteur. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un système de contrôle 1 de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne 2, pouvant être de type diesel ou essence, muni d'une pluralité de cylindres 3 et qui est apte à transmettre un couple à un arbre de transmission 4 pour, notamment, entraîner les roues du véhicule. La figure 1 illustre également, un circuit d'admission des gaz 5 dans le moteur 2, un circuit de récupération d'énergie thermique 6, un circuit de climatisation 7, un premier et deuxième circuits de refroidissement, respectivement référencés 8 et 9. Le circuit d'admission des gaz 5 permet d'alimenter les chambres de combustion du moteur 2 en air frais 10. Une première partie de l'air ambiant en air frais 10, passe par un filtre à air 11, puis par un premier conduit d'admission 12, pour être ensuite dirigé vers un compresseur 13 d'un turbocompresseur 14. Le compresseur 13 est relié par un arbre d'entraînement 15 à une turbine 16. Les gaz ainsi comprimés sont dirigés vers un échangeur de chaleur de refroidissement 17 avant de pénétrer dans les chambres de combustion du moteur 2 par un deuxième conduit d'admission 18 et un collecteur d'admission 19. En sortie du moteur 2, les gaz d'échappement à haute température passent successivement par un collecteur d'échappement 20, un conduit d'échappement 21, la turbine 16 du turbocompresseur 14 et une ligne d'échappement 22. En outre, le circuit d'admission des gaz 5 peut comprendre un ou deux circuits de recirculation partielle des gaz d'échappement 23, 24 pour prélever une partie des gaz d'échappement afin de les mélanger avec l'air frais 10 admis pour en modifier la température et la composition. Un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement 23, 24 noté circuit EGR, (« Exhaust Gas Recirculation » en langue anglaise), peut être un circuit EGR fonctionnant à haute pression 23 ou à basse pression 24. Ces circuits EGR à haute ou à basse pression 23, 24 permettent de diminuer le taux d'émissions polluantes. Le circuit EGR haute pression 23 est piqué sur le collecteur d'échappement 20 et sur le collecteur d'admission 19. En variante, ou en combinaison, le circuit d'admission des gaz 5 peut comprendre un circuit EGR basse pression 24 piqué sur la ligne d'échappement 22, en aval de la turbine 16, et sur le conduit d'admission 12 en amont du compresseur 13. Chaque circuit EGR est généralement pourvu d'une vanne 25 et d'un refroidisseur 26 qui peut être équipé d'une dérivation « by-pass » pour un mode non refroidi des gaz d'échappement partiellement recyclés.

Dans la ligne d'échappement 22 est monté un système de traitement des gaz d'échappement 27 qui peut comporter un filtre à particules, un système catalytique des gaz d'échappement, un piège à oxydes d'azote, ou une combinaison de ces éléments. Après le passage des gaz d'échappement dans le système de traitement des gaz d'échappement 27, ces gaz traversent un échangeur de chaleur 28 faisant partie du circuit de récupération d'énergie thermique 6, puis sont évacués dans l'atmosphère par le conduit 29. Dans l'exemple illustré, une vanne Vr peut être montée en amont de l'échangeur de chaleur 28 pour dériver la totalité, ou une partie, des gaz d'échappement directement dans l'atmosphère, via un circuit de dérivation 22a, sans que ces gaz dérivés ne traversent l'échangeur de chaleur 28 du circuit de récupération d'énergie thermique 6. La vanne Vr peut prendre deux positions, une première position 1-3 pour faire passer les gaz d'échappement dans le premier échangeur de chaleur 28, et une deuxième position 2-3 pour faire passer les gaz d'échappement dans le circuit de dérivation 22a. Le circuit de récupération d'énergie thermique 6 est destiné à récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement pour la transformer en énergie mécanique en utilisant, par exemple, un cycle de Rankine. Dans le circuit de récupération d'énergie thermique 6 circule un fluide de travail pouvant passer d'un état liquide à un état gazeux. Ce fluide de travail peut être de l'eau, de l'éthanol, du NPentane, un fluide organique, ou tout autre fluide approprié changeant de phase en fonction des variations de température et de pression dans le circuit 6. Le circuit de récupération d'énergie thermique 6 comprend une pompe Pr, l'échangeur de chaleur 28 communiquant avec les gaz d'échappement, une turbine de détente 30 munie d'un arbre de transmission 31, un échangeur de chaleur interne 32, un échangeur de chaleur de récupération 33 et un organe de protection 34 de la pompe Pr. La pompe Pr met en mouvement le fluide de travail à l'état liquide vers l'échangeur de chaleur 28. De préférence, cet échangeur de chaleur 28 est un évaporateur pour récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement afin de transformer le fluide de travail en gaz. Le gaz généré sous pression est détendu dans la turbine de détente 30, pour convertir l'énergie thermique récupérée en énergie mécanique. Cette énergie mécanique est ensuite transmise sous la forme d'un couple à l'arbre de transmission 31 de la turbine de détente 30. Le fluide ainsi détendu, encore suffisamment chaud, traverse ensuite l'échangeur de chaleur interne 32 pour se refroidir encore et pour préchauffer le fluide de travail à l'état liquide en sortie de la pompe Pr.

Le fluide de travail traverse ensuite l'échangeur de chaleur de récupération 33, qui peut être un condenseur, pour refroidir le fluide de travail afin que celui-ci repasse à l'état liquide en entrée de la pompe Pr. Cet échangeur de chaleur de récupération 33 est en communication avec le premier 8 ou le deuxième 9 circuit de refroidissement, et permet de récupérer une partie de l'énergie thermique du fluide de travail afin de chauffer le liquide de refroidissement circulant dans l'un des circuits de refroidissement 8 ou 9. L'organe de protection 34 peut être un séparateur liquide/gaz pour protéger la pompe Pr durant les phases transitoires de transformation du fluide de travail de l'état gazeux vers l'état liquide. Le circuit de climatisation 7 est destiné à refroidir l'habitacle du véhicule. Ce circuit de climatisation 7 comprend un compresseur 40, un échangeur de chaleur 41, un organe de détente 42, un échangeur de chaleur 43 et un organe de protection 44 du compresseur 40. Le compresseur 40 élève la pression d'un fluide de refroidissement qui se trouve à l'état gazeux. Ce fluide est ensuite en partie refroidi dans l'échangeur de chaleur 41, qui peut être un condenseur. Puis le fluide traverse l'organe de détente 42, qui peut être un détendeur statique, pour fournir à sa sortie, un fluide de refroidissement à basse température. Le fluide de refroidissement à basse température passe dans l'échangeur de chaleur 43, par exemple un évaporateur, pour refroidir l'air ambiant 10 dirigé vers l'habitacle.

Puis, le fluide de refroidissement retourne au compresseur 40. Le premier circuit de refroidissement 8 permet de refroidir le moteur 2 en faisant circuler un liquide de refroidissement à une température comprise entre -20°C et 90°C. Le premier circuit de refroidissement 8 est également appelé circuit de refroidissement haute température. On notera que lorsque le moteur 2 atteint un régime normal, c'est-à-dire après la phase de démarrage du moteur 2, la température du moteur 2 est régulée autour de 90°C. Ce premier circuit de refroidissement 8 comprend une pompe Pl, une vanne thermostatique 50 munie d'un thermostat, un radiateur haute température 51, un organe de protection 52 de la pompe Pl et un échangeur de chaleur 53. La pompe Pl met en mouvement le liquide de refroidissement en direction du moteur 2, ledit liquide de refroidissement passant dans le moteur 2 pour le refroidir. En sortie du moteur 2, ce liquide de refroidissement réchauffé circule en parallèle dans une première boucle A en direction du radiateur haute température 51 et dans une deuxième boucle B en direction de l'échangeur de chaleur 53. Dans la première boucle A, une première partie du liquide de refroidissement passe à travers la vanne thermostatique 50. La vanne thermostatique 50 permet, durant la phase de démarrage du moteur 2, de couper le débit dans le radiateur haute température 51 pour augmenter la température du moteur 2 et, lorsque ce dernier atteint son régime normal, de réguler sa température autour de sa température de fonctionnement normal égale à 90°C. Puis, le liquide de refroidissement passe dans le radiateur haute température 51 où il est refroidi par l'air ambiant 10. En sortie du radiateur haute température 51, le liquide de refroidissement retourne en entrée de la pompe Pl. L'organe de protection 52 de la pompe Pl peut être un bocal qui permet de dégazer une partie du liquide de refroidissement qui circule dans la première boucle A afin de protéger la pompe Pl. Dans la deuxième boucle B, une deuxième partie du liquide de refroidissement passe dans l'échangeur de chaleur 53 pour chauffer l'air ambiant 10 dirigé vers l'habitacle du véhicule, puis le liquide de refroidissement sort de l'échangeur de chaleur 53 pour retourner en entrée de la pompe Pl. Une partie du liquide de refroidissement réchauffé en sortie du moteur 2 peut également passer dans une troisième boucle C, notée également « circuit commun », en direction de l'échangeur de chaleur de récupération 33. En sortie de l'échangeur de chaleur de récupération 33, le liquide de refroidissement retourne en entrée de la pompe Pl. Le deuxième circuit de refroidissement 9 permet de refroidir l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7 et l'échangeur de chaleur de récupération 33 en faisant circuler un liquide de refroidissement à une température comprise entre -20°C et 50°C. Le deuxième circuit de refroidissement 9 est également appelé circuit de refroidissement basse température. On notera que lorsque le moteur 2 atteint un régime normal, c'est-à-dire après la phase de démarrage du moteur 2, la température du liquide dans le circuit de refroidissement basse température est d'environ 50°C, c'est-à-dire à une température inférieure à celle du liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8.

Le deuxième circuit de refroidissement 9 comprend une pompe P2 et un radiateur basse température 54. La pompe P2 met en mouvement le liquide de refroidissement en direction de l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7, puis en direction de l'échangeur de chaleur de récupération 33 du circuit de récupération d'énergie thermique 6. Au niveau de l'échangeur de chaleur de récupération 33, le liquide de refroidissement passe par le circuit commun C. Une deuxième partie du liquide de refroidissement circulant dans le deuxième circuit de refroidissement 9 peut également passer dans un circuit de dérivation 8a, dans lequel le liquide de refroidissement ne traverse pas l'échangeur de chaleur de récupération 33. Le système de contrôle 1 comprend un premier et un deuxième moyens de distribution commandés V1 et V2 situés de part et d'autre de l'échangeur de chaleur de récupération 33 pour contrôler la circulation des liquides de refroidissement, provenant respectivement des premier et deuxième circuits de refroidissement 8,9, dans le circuit commun C. En effet, les moyens de distributions V1 et V2 sont commandés de manière à ne mettre en communication que l'un des circuits de refroidissement avec le fluide de travail du circuit de récupération d'énergie thermique 6. Ces moyens permettent de distribuer au choix, selon les besoins, une partie de l'énergie thermique récupérée vers les circuits de refroidissement 8,9.

De préférence, les moyens de distribution V1,V2 sont deux électrovannes. La première électrovanne V1 peut prendre deux positions, une première position 2-3 pour faire passer le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8 dans le circuit commun C, et une deuxième position 1-3 pour faire passer le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 dans le circuit commun C. La deuxième électrovanne V2 peut prendre deux positions, une première position 1-3 pour faire passer le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 dans le circuit de dérivation 8a, et une deuxième position 2-3 pour faire passer le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 dans le circuit commun C, et ainsi faire passer le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 dans l'échangeur de chaleur de récupération 33.

Lorsque le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 sort de l'échangeur de chaleur de récupération 33, il retourne à l'entrée de la pompe P2, en passant au préalable par le premier moyen de distribution V1 et par le radiateur basse température 54.

Le système de contrôle 1 comprend, en outre, un dispositif de régulation 60 de la température de l'habitacle. Ce dispositif de régulation 60 comprend les échangeurs de chaleur 43, 53, respectivement du circuit de climatisation 7 et du premier circuit de refroidissement 8, un ventilateur 61 et un volet de distribution d'air 62. Le ventilateur 61 permet d'entraîner l'air ambiant 10 vers l'habitacle. Le volet de distribution d'air 62 peut prendre deux positions de butée distinctes et plusieurs positions intermédiaires entre lesdites deux positions de butée.

Dans une première position de butée, en trait plein sur la figure 1, l'air ambiant l0a traverse les échangeurs de chaleur 43, 53 avant d'être amené dans l'habitacle. Lorsque le volet de distribution d'air 62 est dans cette première position, on dit qu'il est en position de chauffage, car l'air ambiant traverse l'échangeur de chaleur 53 du circuit de refroidissement haute température 8 pour chauffer l'habitacle. Dans une deuxième position de butée, en tireté sur la figure 1, l'air ambiant 10b traverse l'échangeur de chaleur 43 du circuit de climatisation 7 uniquement avant d'être amené dans l'habitacle.

Lorsque le volet de distribution d'air 62 est dans cette deuxième position, on dit qu'il est en position de refroidissement, car l'air ambiant n'est pas chauffé par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 53 du circuit de refroidissement haute température 9. 5 10 15 20 25 30 Dans la suite de la description, des exemples de fonctionnement du système de contrôle 1 seront décrits. Concernant le moteur 2, deux états sont considérés : - le moteur est en phase de démarrage : dans ce cas il est important d'augmenter la température du moteur 2 sur une durée réduite au minimum afin de limiter la consommation en carburant et les émissions polluantes ; - le moteur a atteint son régime normal : dans ce cas on régule la température du moteur 2 autour d'environ 90°C, à l'aide notamment de la vanne thermostatique 50. Concernant le confort dans l'habitacle du véhicule, quatre phases sont considérées : - une phase hiver : dans ce cas, il est important de chauffer l'habitacle. Pour chauffer l'habitacle, on utilise la chaleur du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement haute température 8 par l'intermédiaire du dispositif de régulation de la température 60. Dans ce cas, le chauffage de l'habitacle ralentit l'augmentation de la température du moteur 2 et peut s'avérer insuffisant pour assurer le confort dans l'habitacle lorsque la température de l'air ambiant 10 est très basse. Dans ces deux cas, un apport d'énergie thermique additionnel est nécessaire, celui-ci pourra être réalisé à l'aide de l'échangeur de chaleur de récupération 33. - une phase tempérée : dans ce cas le circuit de climatisation 7 et le chauffage de l'habitacle peuvent être utilisés pour désembuer les vitres ou le pare-brise ; - une phase été : dans ce cas, il est important de refroidir l'habitacle à l'aide du circuit de climatisation 7 ; - une phase dégivrage des vitres ou du pare-brise : dans ce cas le circuit de climatisation 7 et le chauffage de l'habitacle fonctionnent simultanément.5 Le premier tableau ci-dessous décrit le fonctionnement des actionneurs du système de contrôle 1 lorsque le moteur est en phase de démarrage : Action- Position des actionneurs en fonction des phases de neurs confort dans l'habitacle hiver tempérée été dégiv- rage vanne Vr position position 1-3 position 1-3 position 1-3 1-3 pompe Pr marche marche marche marche turbine de marche marche marche marche détente 30 compres- arrêt arrêt marche marche seur 40 pompe Pl marche marche marche marche vanne V1 position position 2-3 position 2-3 position 2-3 2-3 vanne V2 position position 1-3 Position 1-3 position 1-3 1-3 ventila- marche arrêt marche marche teur 61 volet de position de position de position de position distribu- chauffage refroidissement refroidis- de tion d'air sement chauffage 62 pompe P2 arrêt arrêt marche marche Une description d'un mode de fonctionnement du système de contrôle 1 lorsque le moteur 2 est en phase de démarrage est donnée ci-dessous.

La pompe Pl du premier circuit de refroidissement 8 est en marche. La pompe Pr du circuit de récupération d'énergie thermique 6 marche dès que la température des gaz d'échappement est supérieure à 250°C. Les électrovannes V1 et V2 permettent de mettre en communication le circuit de récupération d'énergie thermique 6 avec le premier circuit de refroidissement 8 pour augmenter la température du liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8, et donc la température du moteur 2. Au cours de la phase hiver, on chauffe l'habitacle et le circuit de climatisation 7 est arrêté. La pompe P2 du deuxième circuit de refroidissement 9 est arrêtée. La turbine de détente 30 du circuit de récupération d'énergie thermique 6 est couplé à l'arbre de transmission 4 du moteur 2, ce qui génère un couple additionnel au moteur 2. Le volet de distribution d'air 62 est en position de chauffage pour chauffer l'habitacle. Dans cette phase hiver, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 accélère la montée en température du moteur 2 et augmente la température de l'habitacle. Au cours de la phase tempérée, le fonctionnement du système de contrôle 1 est similaire à celui de la phase hiver avec le ventilateur 61 arrêté et le volet de distribution d'air 62 en position de refroidissement. Dans cette phase tempérée, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 accélère la montée en température du moteur 2 et fournit un couple additionnel au moteur 2. Au cours de la phase été, on arrête le chauffage de l'habitacle et le circuit de climatisation 7 marche. La pompe P2 du deuxième circuit de refroidissement 9 marche, le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 est refroidi dans le radiateur basse température 54, puis circule dans l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7, pour refroidir le circuit de climatisation 7, puis circule dans le circuit de dérivation 8a. Le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 ne passe pas dans l'échangeur de chaleur de récupération 33 pour ne pas réchauffer ledit liquide de refroidissement en aval du circuit de climatisation 7. Dans cette phase été, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 accélère la montée en température du moteur 2 et fournit un couple additionnel au moteur 2. Au cours de la phase dégivrage, le fonctionnement du système de contrôle 1 est similaire à celui de la phase été avec le ventilateur 61 en marche et le volet de distribution d'air 62 en position de chauffage. Dans cette phase dégivrage, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 accélère la montée en température du moteur 2, fournit un couple additionnel au moteur 2 et fournit de la chaleur au dispositif de régulation 60 pour assécher l'air 10 de l'habitacle. 5 Le deuxième tableau ci-dessous décrit le fonctionnement des actionneurs du système de contrôle 1 lorsque le moteur a atteint son régime normal : Action- Position des actionneurs en fonction des phases de confort neurs dans l'habitacle hiver tempérée été dégivrage vanne Vr position 1-3 position 1-3 position 1-3 position 1-3 pompe Pr marche marche marche marche turbine marche marche marche marche de détente 30 compres- arrêt arrêt marche marche seur 40 pompe P1 marche marche marche marche vanne V1 position 2-3 position 1-3 position 1-3 position ou 1-3 2-3 ou 1-3 vanne V2 position 1-3 position 2-3 Position 2-3 position ou 2-3 1-3 ou 2-3 ventila- marche arrêt marche marche teur 61 volet de position de position de position de position de distribu- chauffage refroidissement refroidis- chauffage tion d'air sement 62 pompe P2 arrêt ou marche marche marche marche Une description d'un mode de fonctionnement du système de contrôle 1 lorsque le moteur 2 a atteint son régime normal est donnée ci-dessous.

La pompe Pl du premier circuit de refroidissement 8 est en marche. La pompe Pr du circuit de récupération d'énergie thermique 6 marche dès que la température des gaz d'échappement est supérieure à 250°C.

Au cours de la phase hiver, on chauffe l'habitacle et le circuit de climatisation 7 est arrêté. La turbine de détente 30 du circuit de récupération d'énergie thermique 6 est couplée à l'arbre de transmission 4 du moteur 2, ce qui génère un couple additionnel au moteur 2. Le volet de distribution d'air 62 est en position de chauffage pour chauffer l'habitacle. Lors du chauffage de l'habitacle, deux modes sont alors possibles : Dans un premier mode, une consigne de température de l'habitacle est inférieure à la température du liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8. Cette consigne de température est une température désirée qui peut être sélectionnée manuellement par le conducteur, ou calculée de façon automatique par un calculateur de contrôle embarqué dans le véhicule. Dans ce premier mode, la première électrovanne V1 est en position 1- 3, noté en gras dans le tableau ci-dessus, et la deuxième électrovanne V2 est en position 2-3. Dans ce premier mode, le moteur 2 assure seul le chauffage de l'habitacle. La pompe P2 du deuxième circuit de refroidissement 9 marche pour refroidir le circuit de récupération d'énergie thermique 6. Dans ce premier mode le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique 6 est maximum. Dans un deuxième mode, la consigne de température de l'habitacle est supérieure à la température du liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8. Dans ce deuxième mode, la première électrovanne V1 est en position 2-3 et la deuxième électrovanne V2 est en position 1-3. Dans ce deuxième mode, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 fournit une énergie thermique additionnelle à celle générée par le moteur 2. La pompe P2 du deuxième circuit de refroidissement 9 est arrêtée et le circuit de récupération d'énergie thermique 6 est refroidi par le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement 8. Dans ce deuxième mode le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique 6 est dégradé au détriment du confort de l'habitacle. Au cours de la phase tempérée, le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 refroidit le circuit de récupération d'énergie thermique 6. Dans cette phase tempérée, le circuit de récupération d'énergie thermique 6 fournit un couple additionnel au moteur 2. Au cours de la phase été, on arrête le chauffage de l'habitacle et le circuit de climatisation 7 marche. La pompe P2 du deuxième circuit de refroidissement 9 marche, le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 est refroidi dans le radiateur basse température 54, puis circule dans l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7, pour refroidir le circuit de climatisation 7, puis circule dans l'échangeur de chaleur de récupération 33 pour refroidir le circuit de récupération d'énergie thermique 6. Avantageusement, l'échangeur de chaleur de récupération 33 du circuit de récupération d'énergie thermique 6 est situé en aval de l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7, par rapport au sens d'écoulement du liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9. Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7 reçoit le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 dans son état le plus froid, c'est-à-dire en sortie du radiateur basse température 54, afin de favoriser le refroidissement de l'air 10 de l'habitacle. En situation de chaleur extrême, la deuxième électrovanne V2 permet de dériver partiellement ou totalement l'échangeur de chaleur de récupération 33 pour dégrader le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique 6 et favoriser le refroidissement de l'air de l'habitacle.

Au cours de la phase dégivrage, le fonctionnement du système de contrôle 1 est similaire à celui de la phase été avec le ventilateur 61 en marche et le volet de distribution d'air 62 en position de chauffage. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un mode de réalisation du couplage de l'arbre de transmission 4 du couple du moteur 2. On a également reporté sur cette figure certains éléments décrits à la figure précédente. L'énergie mécanique fournie par la turbine de détente 30 du circuit de récupération d'énergie thermique 6 peut être transmise, sous la forme d'un couple supplémentaire, à une courroie de distribution 70 du moteur 2 via l'arbre de transmission de la turbine de détente 30. En outre un premier embrayage El peut être placé entre la turbine de détente 30 et la courroie de distribution 70 afin de coupler ou non ladite turbine de détente 30 avec le moteur 2.

Le premier embrayage El permet de découpler la turbine de détente 30 de la courroie de distribution 70 durant les phases où les gaz d'échappement ne sont pas assez chauds, notamment pendant le démarrage du moteur 2. Durant les phases de freinage, le véhicule transmet du couple vers le moteur 2 et vers un premier alternateur Alt.

Dans ce cas, la turbine de détente 30 peut être couplée pour charger une batterie Bat ou découplée si la batterie Bat est pleine. Dans un mode de réalisation préféré, la pompe Pl, la turbine de détente 30 du circuit de récupération d'énergie thermique 6, le compresseur 40 du circuit de climatisation 7 et l'alternateur Alt sont reliés à la courroie de distribution 70. Le compresseur 40 peut bénéficier d'un deuxième embrayage E2 situé entre un arbre de transmission du compresseur 71 et la courroie de distribution 70. Les pompes P2, Pr et les électrovannes V1, V2 sont électriques. Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation du couplage de l'arbre de transmission 4 du couple du moteur 2. On a également reporté sur cette figure certains éléments décrits aux figures précédentes. Dans cet autre mode de réalisation, la turbine de détente 30 est couplée à un deuxième alternateur A1t2, ce dernier étant couplé à la courroie de distribution 70. Dans ce cas, l'énergie mécanique fournie par le circuit de récupération d'énergie thermique 6 est transformée en énergie électrique. En variante, l'échangeur de chaleur de refroidissement 17 peut être refroidi par le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9. Dans ce cas, cet échangeur de chaleur de refroidissement 17 est situé également sur le deuxième circuit de refroidissement 9. I1 peut être situé : - en aval de la pompe P2 ; - en aval de l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7 ; - en aval de l'échangeur de chaleur de récupération 33 ; - sur le circuit de dérivation 8a du deuxième circuit de refroidissement 9 ; ou - en aval du radiateur basse température 54. I1 est également possible d'intégrer un variateur de vitesse entre la turbine de détente 30 et la courroie de distribution 70 du moteur 2 pour réguler le point de fonctionnement du circuit de récupération d'énergie thermique 6.

Le circuit de climatisation 7 peut en outre être équipé d'une vanne d'inversion de débit pour transformer ledit circuit de climatisation 7 en un circuit de chauffage additionnel. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur 41 du circuit de climatisation 7 évapore le fluide de refroidissement et refroidit le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9. Le liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement 9 ainsi refroidi passe dans l'échangeur de chaleur de récupération 33, améliore le rendement du circuit de récupération d'énergie thermique 6, et augmente le couple additionnel fourni au moteur 2.

Selon une autre variante, l'échangeur de chaleur 28 communiquant avec les gaz d'échappement peut être positionné en amont du système de traitement des gaz d'échappement 27. Dans ce cas, la vanne Vr et la pompe Pr du circuit de récupération d'énergie thermique 6 peuvent être pilotées en fonction de la température des gaz d'échappement qui traversent ledit échangeur de chaleur 28 et le système de traitement des gaz d'échappement 27, de manière à ne prélever qu'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne (2), comprenant un premier circuit de refroidissement (8) capable de faire circuler un liquide de refroidissement dans le moteur (2) et dans un dispositif de régulation de la température de l'habitacle (60), et un circuit de récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement (6) avec transformation en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième circuit de refroidissement (9) capable de faire circuler un liquide de refroidissement à une température inférieure au liquide du premier circuit de refroidissement (8) et des moyens de distribution commandés (V1,V2) capables de mettre en communication le circuit de récupération d'énergie thermique (6) avec le premier (8) ou le deuxième (9) circuit de refroidissement.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième circuits de refroidissement ont un circuit commun (C) et les moyens de distributions (V1,V2) commandés comprennent deux électrovannes montées respectivement en amont et en aval dudit circuit commun (C).
3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant un circuit de climatisation (7) capable de faire circuler un fluide de refroidissement dans le dispositif de régulation de la température de l'habitacle (60), le circuit de climatisation (7) comprenant un échangeur de chaleur (41) couplé au deuxième circuit de refroidissement (9).
4. Système selon la revendication 3, dans lequel le circuit de récupération d'énergie thermique (6) comprend un échangeur de chaleur de récupération (33) pour chauffer le liquide de refroidissement du premier ou du deuxième circuit de refroidissement (8,9), l'échangeur de chaleur de récupération (33) étant situé en aval de l'échangeur de chaleur (41) du circuit de climatisation (7) parrapport au sens d'écoulement du liquide de refroidissement du deuxième circuit de refroidissement (9).
5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le circuit de climatisation (7) comprend une vanne d'inversion de débit du fluide de refroidissement.
6. Système selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit de récupération d'énergie thermique (6) comprend une turbine (30) couplée, par l'intermédiaire d'un premier embrayage (El), à un arbre de transmission du couple du moteur (4).
7. Système selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit de récupération d'énergie thermique (6) comprend une turbine (30) couplée, par l'intermédiaire d'un premier embrayage (El), à un alternateur (Alt2) qui est couplé à un arbre de transmission du couple du moteur (4).
8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel le circuit de climatisation (7) comprend un compresseur (40) couplé, par l'intermédiaire d'un deuxième embrayage (E2), à l'arbre de transmission du couple du moteur (4).
9. Procédé de contrôle de la température de l'habitacle d'un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion interne, d'au moins un circuit de refroidissement du moteur apte à réguler la température de l'habitacle et d'un circuit de récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement avec transformation en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'on distribue, ou non, l'énergie thermique récupérée vers le circuit de refroidissement du moteur.
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant un circuit de climatisation et dans lequel on distribue l'énergie thermique récupérée vers le circuit de refroidissement du moteur et/ou le circuit de climatisation.