FR2963278A1

FR2963278A1 - Utilization of air intake flap system for hybrid motor vehicle, using air intake flaps controlled to reduce flow rate of air traversing evaporator when heating system is under operation and icing risk on evaporator is detected

Info

Publication number: FR2963278A1
Application number: FR1056199A
Authority: FR
Inventors: Jean Francois Robin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-03

Abstract

The system has air intake flaps (20) controlled between an open position in which the flaps allow passage of an air flow (90) through an evaporator (10) of a heating system when the heating system is in an operating mode, and a closed position when the heating system is not in the operating mode. The flaps are controlled to reduce a flow rate of air traversing the evaporator when the heating system is under operation and when an icing risk on the evaporator is detected. Independent claims are also included for the following: (1) a method for limiting an icing risk on an evaporator of a heating system of a motor vehicle (2) a vehicle comprising an air intake flap system.

Description

GESTION DU RISQUE DE GIVRAGE SUR UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE DE VEHICULE La présente invention porte de manière générale sur un système de chauffage par pompe à chaleur d'un véhicule automobile hybride ou électrique et concerne en particulier la gestion du risque de formation de givre sur l'évaporateur de cette pompe à chaleur ou climatisation réversible utilisée en mode chauffage. Il est connu dans l'art antérieur d'utiliser des dispositifs de type pompe à chaleur dans les véhicules électriques ou hybride pour chauffer l'habitacle du véhicule en l'absence de fonctionnement du groupe motopropulseur thermique. Le fonctionnement de cette pompe à chaleur nécessite un évaporateur qui est traversé par un flux d'air venant de l'extérieur pour recevoir la chaleur de ce flux d'air. Une conduite pour amener l'air extérieur vers l'évaporateur quand il faut chauffer l'habitacle est donc prévue, généralement sur la face avant du véhicule, qui comporte une ouverture à cet effet. Pour limiter les pertes aérodynamiques liées à ce flux d'air lorsque la pompe à chaleur n'est pas en service, on peut ajouter au véhicule un système de volets d'entrée d'air pilotés de sorte que ces volets sont fermés si la pompe à chaleur est inutilisée ou ouverts si l'habitacle doit être chauffé par la pompe à chaleur, pour que le flux d'air passe au travers de l'évaporateur afin de transférer sa chaleur. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient d'être sensible aux conditions climatiques de type hivernales. En effet, du givre est susceptible de se former sur l'évaporateur si la pompe à chaleur est utilisée dans des conditions où il fait trop froid et/ou trop humide : le flux d'air, transférant sa chaleur à l'évaporateur est refroidi et l'humidité contenue dans l'air se solidifie sur l'évaporateur. Dans ce cas, le givre formé empêche un bon échange thermique entre l'évaporateur et le flux d'air le traversant car la couche de givre les isole l'un de l'autre, ce qui a pour The present invention relates generally to a heat pump heating system of a hybrid or electric motor vehicle and concerns in particular the management of the risk of frost formation on the vehicle. evaporator of this heat pump or reversible air conditioning used in heating mode. It is known in the prior art to use heat pump type devices in electric or hybrid vehicles to heat the passenger compartment of the vehicle in the absence of operation of the thermal power train. The operation of this heat pump requires an evaporator which is traversed by a flow of air from outside to receive the heat of this air flow. A pipe to bring the outside air to the evaporator when it is necessary to heat the passenger compartment is therefore provided, generally on the front of the vehicle, which has an opening for this purpose. To limit the aerodynamic losses associated with this airflow when the heat pump is not in use, it is possible to add to the vehicle a system of air intake flaps controlled so that these flaps are closed if the pump heat is unused or open if the passenger compartment is to be heated by the heat pump, so that the air flow passes through the evaporator in order to transfer its heat. In return, this system has the particular disadvantage of being sensitive to winter type weather conditions. Indeed, frost is likely to form on the evaporator if the heat pump is used in conditions where it is too cold and / or too humid: the airflow, transferring its heat to the evaporator is cooled and the moisture contained in the air solidifies on the evaporator. In this case, the formed ice prevents a good heat exchange between the evaporator and the flow of air passing through it because the frost layer insulates them from one another, which has the effect of

effet de diminuer le rendement de la pompe à chaleur et à la limite, le givre peut obstruer complètement l'évaporateur coupant complètement le flux d'air, ce qui a pour effet de rendre la pompe à chaleur inutilisable ainsi que le matériel de refroidissement en façade avant du véhicule qui est derrière l'évaporateur givré, notamment le radiateur moteur. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer une solution pour éviter, retarder ou réduire la formation de givre sur un évaporateur de pompe à chaleur de véhicule. the effect of reducing the efficiency of the heat pump and the limit, frost can completely obstruct the evaporator completely cutting off the airflow, which renders the heat pump unusable and the cooling equipment inoperable. front of the vehicle behind the frosted evaporator, including the engine radiator. An object of the present invention is to meet the drawbacks mentioned above and in particular, first of all, to propose a solution for avoiding, delaying or reducing frost formation on a vehicle heat pump evaporator.

Pour cela un premier aspect de l'invention concerne l'utilisation d'un système de volets d'entrée d'air d'un véhicule automobile comportant un évaporateur d'un système de chauffage, les volets étant pilotés entre une position ouverte pour faire passer un flux d'air au travers de l'évaporateur lorsque le système de chauffage fonctionne, et entre une position fermée lorsque le système de chauffage ne fonctionne pas, caractérisée en ce que lorsque le système de chauffage est en fonctionnement et lorsqu'un risque de givrage sur l'évaporateur est détecté, les volets d'entrée d'air sont pilotés pour réduire le débit du flux d'air traversant l'évaporateur. Cette utilisation astucieuse est à contre-courant de la pratique habituelle qui consiste à maximiser le débit d'air pour accroître les échanges thermiques entre l'évaporateur et l'air dans le but d'assurer un bon rendement à la pompe à chaleur. Mais ici, cette utilisation des volets pour réduire le débit du flux d'air a pour conséquence de limiter les apports en eau et en air froids, ce qui empêche ou retarde la formation de givre sur l'évaporateur. For this, a first aspect of the invention relates to the use of an air intake flap system of a motor vehicle comprising an evaporator of a heating system, the flaps being controlled between an open position to make passing a flow of air through the evaporator when the heating system is operating, and between a closed position when the heating system is not operating, characterized in that when the heating system is in operation and when a risk Icing on the evaporator is detected, the air inlet flaps are controlled to reduce the flow rate of the air flow through the evaporator. This clever use contravenes the usual practice of maximizing the airflow to increase heat exchange between the evaporator and the air in order to ensure a good performance at the heat pump. But here, this use of shutters to reduce the flow of the air flow has the effect of limiting the intake of water and cold air, which prevents or delays the formation of frost on the evaporator.

De manière avantageuse, les volets d'entrée d'air sont pilotés de sorte que lorsque le système de chauffage est en fonctionnement et lorsqu'un risque de givrage sur l'évaporateur est détecté, le flux d'air est totalement coupé. On supprime ainsi tout apport d'eau ou d'air humide susceptibles de givrer. Advantageously, the air intake flaps are controlled so that when the heating system is in operation and when a risk of icing on the evaporator is detected, the air flow is completely cut off. This removes any water supply or moist air likely to frost.

En alternative de ce premier mode de réalisation, les volets d'entrée d'air sont pilotés progressivement entre la position volets ouverts et la As an alternative to this first embodiment, the air intake flaps are controlled progressively between the open flaps position and the

position volets fermés de sorte le flux d'air est réduit proportionnellement au risque de givrage sur l'évaporateur lorsque le système de chauffage est en fonctionnement. Cette alternative prévoit de réguler au plus juste le flux d'air de manière à avoir un bon échange thermique avec l'évaporateur tout en limitant au mieux les apports en eau par le flux d'air. Un second aspect de l'invention est un procédé de limitation du risque de givrage sur un évaporateur de système de chauffage de véhicule traversé par un flux d'air comportant les étapes consistant à : (i) déterminer le risque de givrage sur l'évaporateur par des moyens de 10 détermination du risque de givrage (ii) réduire le débit du flux d'air traversant l'évaporateur lorsque le système de chauffage fonctionne et lorsqu'un risque de givrage sur l'évaporateur est déterminé à l'étape (i). Le but de ce procédé est de limiter les refroidissements de l'évaporateur pouvant conduire à la formation de givre si 15 trop d'air humide arrive au contact de l'évaporateur. De manière avantageuse, le risque de givrage est déterminé à l'étape (i) par la mesure de la température et de l'hygrométrie du flux d'air traversant l'évaporateur. De manière fiable, on peut prédire le risque de formation de givre par la mesure de la température et de l'hygrométrie de l'air. 20 En alternative, le risque de givrage est déterminé à l'étape (i) par la mesure de la présence de givre sur l'évaporateur. Le risque est mesuré ici directement sur l'évaporateur par la détection de présence de givre ou par la mesure de l'épaisseur de la couche de givre, il n'y a pas de prédiction à réaliser. 25 De manière avantageuse, le flux d'air à l'étape (ii) est totalement coupé lorsqu'un risque de givrage sur l'évaporateur est déterminé à l'étape (i). On supprime ainsi tout apport d'eau ou d'air humide susceptibles de givrer. En alternative, le flux d'air est réduit à l'étape (ii) proportionnellement 30 au risque de givrage sur l'évaporateur. Cette alternative prévoit de réguler au closed shutter position so the airflow is reduced proportionally to the risk of icing on the evaporator when the heating system is in operation. This alternative provides to regulate as accurately as possible the flow of air so as to have a good heat exchange with the evaporator while at the same time limiting the influx of water by the flow of air. A second aspect of the invention is a method of limiting the risk of icing on a vehicle heating system evaporator traversed by an air flow comprising the steps of: (i) determining the risk of icing on the evaporator by means of determining the risk of icing (ii) reducing the flow rate of the air flow passing through the evaporator when the heating system is operating and when a risk of icing on the evaporator is determined in step (i ). The purpose of this method is to limit evaporator cooling which can lead to frost formation if too much moist air comes into contact with the evaporator. Advantageously, the risk of icing is determined in step (i) by measuring the temperature and hygrometry of the air flow passing through the evaporator. Reliably, the risk of frost formation can be predicted by measuring the temperature and hygrometry of the air. Alternatively, the risk of icing is determined in step (i) by measuring the presence of frost on the evaporator. The risk is measured here directly on the evaporator by the detection of presence of frost or by measuring the thickness of the frost layer, there is no prediction to achieve. Advantageously, the air flow in step (ii) is completely cut off when a risk of icing on the evaporator is determined in step (i). This removes any water supply or moist air likely to frost. Alternatively, the airflow is reduced in step (ii) proportionally to the risk of icing on the evaporator. This alternative plans to regulate

plus juste le flux d'air de manière à avoir un bon échange thermique avec l'évaporateur tout en limitant au mieux les apports en eau par le flux d'air. Un dernier aspect de l'invention concerne un véhicule comprenant un système de volets d'entrée d'air pilotés, un évaporateur de dispositif de chauffage traversé par un flux d'air entrant par le système de volets d'entrée d'air, caractérisé en ce que le système de volets d'entrée d'air est apte à réduire le débit du flux d'air traversant l'évaporateur lorsqu'il y a un risque de givrage sur l'évaporateur. Un tel véhicule permet de proposer à l'utilisateur un chauffage par pompe à chaleur même si les conditions atmosphériques sont telles qu'il y a un risque de givrage sur l'évaporateur de la pompe à chaleur. De manière avantageuse, le véhicule comprend des moyens pour déterminer le risque de givrage sur l'évaporateur. L'utilisateur dispose alors d'une assistance pour déterminer automatiquement si les volets doivent réduire le flux d'air. more just the flow of air so as to have a good heat exchange with the evaporator while limiting the best water intake by the air flow. A final aspect of the invention relates to a vehicle comprising a controlled air inlet flap system, a heater evaporator traversed by a flow of air entering through the air intake flap system, characterized in that the air inlet flap system is capable of reducing the flow rate of the air flow passing through the evaporator when there is a risk of icing on the evaporator. Such a vehicle makes it possible to offer the user heat pump heating even if the atmospheric conditions are such that there is a risk of icing on the evaporator of the heat pump. Advantageously, the vehicle comprises means for determining the risk of icing on the evaporator. The user then has assistance to automatically determine if the shutters must reduce the airflow.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente en coupe longitudinale la partie sous capot du 20 compartiment moteur d'un véhicule dans une première configuration ; - la figure 2 la partie sous capot de la figure 1 dans une deuxième configuration ; - la figure 3 la partie sous capot de la figure 1 dans une troisième configuration ; 25 La figure 1 représente en coupe la partie sous capot du compartiment moteur d'un véhicule hybride comportant un groupe motopropulseur thermique et une unité de propulsion électrique. Les différents éléments sont représentés schématiquement. 50 représente le groupe motopropulseur thermique et 40 le groupe moto-ventilateur. A l'avant, on trouve les différents 30 radiateurs de refroidissement propres au groupe motopropulseur thermique, Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following detailed description of embodiments of the invention given as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: Figure 1 shows in longitudinal section the undercap portion of the engine compartment of a vehicle in a first configuration; - Figure 2 the under hood part of Figure 1 in a second configuration; - Figure 3 the under hood part of Figure 1 in a third configuration; Figure 1 shows in section the under hood portion of the engine compartment of a hybrid vehicle having a thermal power train and an electric propulsion unit. The different elements are schematically represented. 50 represents the thermal power train and 40 the fan motor unit. At the front, we find the different 30 cooling radiators specific to the thermal powertrain,

à savoir un radiateur 30 de refroidissement du circuit d'eau et un radiateur 60 de refroidissement du circuit d'huile. Le véhicule pouvant aussi utiliser exclusivement une motorisation électrique, il faut prévoir pour réchauffer l'habitacle une pompe à chaleur. Pour capter la chaleur de l'air ambiant, il est prévu un évaporateur 10 au travers duquel passe un flux d'air 90. Pour entrer sous le capot moteur et passer au travers de l'évaporateur, le flux d'air 90 passe par un système de volets 20 pilotés. Ces volets sont ouverts dés que le véhicule, en mode propulsion électrique, fait fonctionner sa pompe à chaleur. Ainsi, l'évaporateur 10 peut être traversé par le flux d'air 90 pour capter sa chaleur par évaporation du liquide qui le parcourt. La figure 2 représente la partie sous capot du compartiment moteur lorsque le véhicule fonctionne en mode électrique sans besoin de réchauffer l'habitacle, la pompe à chaleur ne fonctionne pas et dans ce cas, pour améliorer l'aérodynamisme du véhicule, les volets 20 d'entrée d'air sont fermés. Ainsi, tel que représenté par la flèche, le flux d'air 90 ne rentre pas et ne passe pas au travers de l'évaporateur 10. Par ailleurs, dans cette même configuration, l'invention permet, lorsque les conditions climatiques sont susceptibles de créer du givre sur l'évaporateur, de réduire ce risque en coupant le flux d'air 90 sur l'évaporateur 10. Ainsi, on préserve le coefficient d'échange entre évaporateur 10 et air ambiant car il ne se forme pas de couche de glace isolante sur l'évaporateur 10. La figure 3 représente une alternative au mode tout ou rien précédemment décrit. En effet, plutôt que de n'avoir que deux positions possibles pour les volets 20, c'est-à-dire ouverts ou fermés, il est optimal de prévoir une possibilité d'ouverture linéaire et continue des volets 20. On adapte ainsi le passage du flux 90 dans l'évaporateur au maximum possible sans risquer de voir apparaître du givre néfaste au rendement de l'évaporateur. Tel que représentés à cette figure, les volets 20 peuvent avoir une ouverture intermédiaire pour ne laisser passer qu'une partie du flux d'air 90. namely a cooling radiator 30 of the water circuit and a radiator 60 for cooling the oil circuit. The vehicle can also use exclusively an electric motor, it is necessary to provide for heating the cabin a heat pump. To capture the heat of the ambient air, an evaporator 10 is provided through which a flow of air 90 passes. To enter under the bonnet and pass through the evaporator, the air flow 90 passes through a flaps system 20 piloted. These flaps are open as soon as the vehicle, in electric propulsion mode, operates its heat pump. Thus, the evaporator 10 can be traversed by the air flow 90 to capture its heat by evaporation of the liquid flowing through it. FIG. 2 shows the under hood part of the engine compartment when the vehicle is operating in electric mode without the need to heat the passenger compartment, the heat pump does not work and in this case, to improve the aerodynamics of the vehicle, the flaps 20 air inlet are closed. Thus, as represented by the arrow, the air flow 90 does not enter and does not pass through the evaporator 10. Moreover, in this same configuration, the invention allows, when the weather conditions are likely to create frost on the evaporator, reduce this risk by cutting the air flow 90 on the evaporator 10. Thus, it preserves the exchange coefficient between the evaporator 10 and ambient air because it does not form a layer of insulating ice on the evaporator 10. FIG. 3 represents an alternative to the all-or-nothing mode previously described. Indeed, rather than having only two possible positions for the flaps 20, that is to say open or closed, it is optimal to provide a possibility of linear and continuous opening of the flaps 20. passage of the flow 90 in the evaporator to the maximum possible without the risk of seeing frost detrimental to the efficiency of the evaporator. As shown in this figure, the flaps 20 may have an intermediate opening to let only a portion of the air flow 90.

On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence à un évaporateur, mais on peut également envisager d'utiliser un système de climatisation réversible et dans ce cas l'évaporateur en mode chauffage devient un condenseur en mode climatisation. Par ailleurs, il est fait mention d'un système de volets d'entrée d'air pilotés, on peut envisager de dévier seulement le flux d'air pour éviter de le faire passer au travers de l'évaporateur. It will be understood that various modifications and / or improvements obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described in the present description without departing from the scope of the invention defined by the appended claims. In particular, there is reference to an evaporator, but it is also possible to consider using a reversible air conditioning system and in this case the evaporator in heating mode becomes a condenser in cooling mode. Moreover, there is mention of a controlled air inlet flap system, it is possible to deviate only the air flow to avoid passing through the evaporator.

Claims

REVENDICATIONS1. Use of an air intake flap system (20) of a motor vehicle comprising an evaporator (10) of a heating system, the flaps (20) being controlled between an open position to pass a flow of air (90) through the evaporator when the heating system is operating, and between a closed position when the heating system is not operating, characterized in that when the heating system is in operation and when a risk icing on the evaporator (10) is detected, the air intake flaps (20) are controlled to reduce the flow rate of the airflow (90) passing through the evaporator (10).

2. Use of an air intake flap system (20) according to claim 1, characterized in that the flaps (20) of air inlet are controlled so that when the heating system is in operation and when an icing hazard on the evaporator (10) is detected, the airflow (90) is completely cut off.

3. Use of an air intake flap system (20) according to claim 1, characterized in that the air inlet flaps (20) are controlled progressively between the open flaps (20) position and the closed flap position (20) so that the airflow (90) is reduced proportionally to the risk of icing on the evaporator (10) when the heating system is in operation.

A method of controlling the risk of icing on an evaporator (10) of an air flow-through vehicle heating system (90) comprising the steps of: (i) determining the risk of icing on the evaporator (10) by means of determining the risk of icing; (ii) reducing the flow rate of the airflow (90) passing through the evaporator (10) when the heating system is operating and when a risk of icing on the evaporator (10) is determined in step (i).

Method for limiting the risk of icing on a vehicle heating system evaporator (10) according to claim 4, characterized in that the risk of icing is determined in step (i) by measuring the temperature and the hygrometry of the air flow (90) passing through the evaporator (10).

6. A method of limiting the risk of icing on a vehicle heating system evaporator (10) according to claim 4, characterized in that the risk of icing is determined in step (i) by measuring the presence of frost on the evaporator (10).

Method for limiting the risk of icing on an evaporator (10) of a vehicle heating system according to one of claims 4 to 6, characterized in that the air flow (90) in step (ii) is completely cut off when a risk of icing on the evaporator (10) is determined in step (i).

Method for limiting the risk of icing on an evaporator (10) of a vehicle heating system according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the air flow (90) is reduced to the stage ( ii) proportionally to the risk of icing on the evaporator (10).

9. Vehicle comprising a controlled air intake flap system (20), a heater evaporator (10) traversed by a flow of air (90) entering through the flap system (20) input characterized in that the air intake flap system (20) is adapted to reduce the flow rate of the air flow (90) passing through the evaporator (10) when there is a risk of icing on the evaporator (10).

10. Vehicle according to claim 9, characterized in that it comprises means for determining the risk of icing on the evaporator (10).