FR3020318A1 - METHOD FOR MANAGING A THERMAL CONDITIONING DEVICE OF A HABITACLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de gestion d'un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile hybride, ledit véhicule comportant un moteur thermique et un moteur électrique, ledit dispositif comportant en outre au moins un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur (2) apte à former un évaporateur, au moins un circuit de fluide caloporteur comportant un radiateur (16) apte à chauffer l'air destiné à l'habitacle du véhicule, un échangeur de chaleur (14) apte à prélever des calories sur le moteur thermique, et un échangeur de chaleur (5) apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène.The invention relates to a method for managing a thermal conditioning device of a passenger compartment of a hybrid motor vehicle, said vehicle comprising a heat engine and an electric motor, said device further comprising at least one refrigerant circuit comprising a first heat exchanger (2) capable of forming an evaporator, at least one coolant circuit comprising a radiator (16) adapted to heat the air intended for the passenger compartment of the vehicle, a heat exchanger (14) suitable for taking heat from the heat engine, and a heat exchanger (5) able to take calories from the refrigerant.
Description
Procédé de gestion d'un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle La présente invention concerne un procédé de gestion d'un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile hybride. Un véhicule hybride comporte classiquement des moyens de propulsion du véhicule à partir d'un moteur thermique et d'un moteur électrique. Par ailleurs, le dispositif de conditionnement associé comporte généralement : - un circuit de fluide frigorigène comprenant un premier échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, des moyens de détente et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène au travers dudit circuit de fluide frigorigène, - un circuit de fluide caloporteur comportant un radiateur apte à chauffer l'air destiné à l'habitacle du véhicule, un deuxième échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique, un troisième échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène, et des moyens aptes à faire circuler le fluide caloporteur au travers dudit circuit de fluide caloporteur. Lorsque la propulsion du véhicule est assurée par le moteur électrique, et que le moteur thermique est arrêté, il est nécessaire d'utiliser le circuit de fluide frigorigène afin de conditionner thermiquement l'habitacle du véhicule. Celui-ci peut alors fonctionner à la manière d'une pompe à chaleur, des calories étant transférées du fluide frigorigène au fluide caloporteur, par l'intermédiaire du troisième échangeur de chaleur, puis du fluide caloporteur à l'air destiné à déboucher dans l'habitacle au véhicule, par l'intermédiaire du radiateur. L'évaporateur est classiquement disposé en face avant du véhicule et échange de la chaleur entre l'air extérieur au véhicule et le fluide frigorigène. Lorsque la température extérieure est relativement basse, par exemple inférieure à 3°C, l'eau contenue dans l'air peut givrer à la surface de l'évaporateur et ainsi l'obstruer. L'évaporateur est alors rendu inopérant ou du moins peu efficace. Il n'est alors plus possible d'utiliser le circuit de fluide frigorigène afin d'assurer le chauffage de l'habitacle.The present invention relates to a method of managing a device for thermal conditioning of a passenger compartment of a hybrid motor vehicle. A hybrid vehicle conventionally comprises means for propelling the vehicle from a heat engine and an electric motor. Furthermore, the associated conditioning device generally comprises: a refrigerant circuit comprising a first heat exchanger capable of forming an evaporator, expansion means and means able to circulate the refrigerant through said refrigerant circuit; a heat transfer fluid circuit comprising a radiator adapted to heat the air intended for the passenger compartment of the vehicle, a second heat exchanger capable of taking heat from the heat engine, a third heat exchanger capable of taking heat from the refrigerant, and means adapted to circulate the heat transfer fluid through said coolant circuit. When the propulsion of the vehicle is provided by the electric motor, and the engine is stopped, it is necessary to use the refrigerant circuit to thermally condition the passenger compartment of the vehicle. The latter can then operate in the manner of a heat pump, calories being transferred from the refrigerant to the coolant, via the third heat exchanger, and air-cooled fluid intended to open in the air. cockpit to the vehicle, through the radiator. The evaporator is conventionally arranged on the front face of the vehicle and exchanges heat between the air outside the vehicle and the refrigerant. When the outside temperature is relatively low, for example below 3 ° C, the water contained in the air can frost on the surface of the evaporator and thus obstruct it. The evaporator is then rendered inoperative or at least ineffective. It is no longer possible to use the refrigerant circuit to ensure the heating of the passenger compartment.
Lorsque la propulsion du véhicule est assurée à l'aide du moteur thermique, celui-ci génère des déperditions thermiques suffisantes pour chauffer le fluide caloporteur, et donc l'air destiné à déboucher dans l'habitacle, par l'intermédiaire du radiateur. L'invention vise un procédé de gestion permettant d'assurer les besoins en termes de chauffage de l'habitacle, quelles que soient les conditions de fonctionnement du véhicule. A cet effet, l'invention est un nouveau type de procédé de gestion d'un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile hybride qui comporte un moteur thermique et un moteur électrique (lesdits moteurs électrique et thermique étant les moyens de propulsion dudit véhicule), ledit dispositif comportant : - au moins un circuit de fluide frigorigène qui comprend un échangeur de chaleur apte à former un évaporateur, - au moins un circuit de fluide caloporteur qui comporte un radiateur apte à chauffer un flux d'air destiné à l'habitacle dudit véhicule, un échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique, et un échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène, caractérisé en ce que : - si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est supérieure à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée, alors le fluide caloporteur circule au travers de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique et du radiateur, - sinon le fluide caloporteur circule au travers de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène et du radiateur, et le fluide frigorigène circule au travers de l'échangeur de chaleur apte à former un évaporateur et de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène. De cette manière, si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est supérieure à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée, alors le chauffage de l'habitacle est assuré par les déperditions thermiques du moteur thermique du véhicule. En effet, dans ce cas, les calories sont transférées du moteur thermique au fluide caloporteur, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique, puis du fluide caloporteur au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle, par l'intermédiaire du radiateur. Dans ce cas de fonctionnement, la circulation du fluide frigorigène dans le circuit correspondant peut être stoppée. Par ailleurs, si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est inférieure ou égale à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée, alors le chauffage de l'habitacle est assuré par le fluide frigorigène fonctionnant en mode « pompe à chaleur ». Dans ce cas, des calories sont prélevées sur l'air extérieur à l'aide de l'évaporateur, puis sont transférées au fluide caloporteur, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le fluide frigorigène, qui joue alors le rôle de condenseur. Enfin, les calories sont transférées au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle, à l'aide du radiateur. Dans le procédé selon l'invention, les calories ne sont puisées 30 sur le moteur thermique que dans le cas où la température de ce dernier est suffisante, c'est-à-dire proche d'une température de consigne. Cette température de consigne est déterminée par exemple à l'aide de la température à atteindre dans l'habitacle, demandée par un utilisateur. Le circuit de fluide frigorigène peut comporter des moyens de détente et des moyens aptes à faire circuler le fluide frigorigène au travers dudit circuit de fluide frigorigène. En outre, le circuit de fluide caloporteur peut comporter des moyens aptes à faire circuler le fluide caloporteur au travers dudit circuit de fluide caloporteur. Selon un mode de réalisation particulier, le flux d'air destiné à l'habitacle est réchauffé à l'aide d'une résistance thermique, lorsque la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est : - supérieure à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée, et - inférieure ou égale à la température de consigne. La résistance thermique peut ainsi être utilisée pour chauffer l'habitacle, dans une certaine mesure, dans le cas où le moteur thermique n'est pas assez chaud pour assurer à lui seul les besoins de chauffage de l'habitacle.When the propulsion of the vehicle is provided by means of the heat engine, it generates heat losses sufficient to heat the heat transfer fluid, and therefore the air intended to open into the passenger compartment, through the radiator. The invention relates to a management method for ensuring the needs in terms of heating the cabin, regardless of the operating conditions of the vehicle. For this purpose, the invention is a new type of management method of a thermal conditioning device of a passenger compartment of a hybrid motor vehicle which comprises a heat engine and an electric motor (said electric and thermal engines being the means for propelling said vehicle), said device comprising: - at least one refrigerant circuit which comprises a heat exchanger able to form an evaporator, - at least one heat transfer fluid circuit which comprises a radiator able to heat an air flow intended for the passenger compartment of said vehicle, a heat exchanger capable of taking heat from the heat engine, and a heat exchanger capable of taking heat from the refrigerant, characterized in that: - if the temperature of the engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger able to take heat from the heat engine is greater than the difference between the setpoint temperature and a determined value, then the coolant circulates through the heat exchanger able to take heat from the heat engine and the radiator, - otherwise the heat transfer fluid circulates through the heat exchanger adapted to collect calories from the refrigerant and the radiator, and the refrigerant flows through the heat exchanger capable of forming an evaporator and the heat exchanger capable of taking calories from the refrigerant. In this way, if the temperature of the heat engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger capable of taking heat from the heat engine is greater than the difference between the set temperature and a determined value, then the heating of the passenger compartment is ensured by the thermal losses of the engine of the vehicle. In fact, in this case, the calories are transferred from the heat engine to the heat transfer fluid, via the heat exchanger able to take heat from the heat engine, and heat transfer fluid to the air flow intended to unclog in the cockpit, through the radiator. In this case of operation, the circulation of the refrigerant in the corresponding circuit can be stopped. Furthermore, if the temperature of the heat engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger capable of taking heat from the heat engine is less than or equal to the difference between the set temperature and a determined value, then the heating of the cabin is provided by the refrigerant operating in "heat pump" mode. In this case, calories are taken from the outside air by means of the evaporator and are then transferred to the heat transfer fluid via the heat exchanger, which is able to take heat from the refrigerant, which then plays the role of condenser. Finally, the calories are transferred to the air flow intended to open into the passenger compartment, using the radiator. In the process according to the invention, the calories are drawn from the heat engine only in the case where the temperature of the latter is sufficient, that is to say close to a set temperature. This target temperature is determined for example by the temperature to be reached in the passenger compartment, requested by a user. The refrigerant circuit may comprise expansion means and means capable of circulating the refrigerant through said refrigerant circuit. In addition, the heat transfer fluid circuit may comprise means capable of circulating the heat transfer fluid through said coolant circuit. According to a particular embodiment, the flow of air for the passenger compartment is heated by means of a thermal resistance, when the temperature of the engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger suitable for taking heat from the heat engine is: - greater than the difference between the set temperature and a determined value, and - less than or equal to the set temperature. The thermal resistance can thus be used to heat the passenger compartment, to a certain extent, in the case where the engine is not hot enough to ensure alone the heating needs of the passenger compartment.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite première valeur déterminée est fonction des puissances thermiques estimées aptes à être fournies par le radiateur et la résistance thermique et de la puissance de chauffage nécessaire (c'est-à-dire l'énergie thermique à fournir pour permettre au flux d'air destiné à l'habitacle de présenter une température proche à la température de consigne). De préférence, si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est supérieure à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée, et si le taux de givrage de l'échangeur de chaleur apte à former un évaporateur est supérieur à un premier taux déterminé, par exemple zéro, le procédé comprend une étape de dégivrage de l'échangeur de chaleur apte à former un évaporateur. Le taux de givrage donne une indication sur la capacité de l'évaporateur à fonctionner correctement. Si ce taux est égal à zéro, cela signifie que l'évaporateur est complètement dégivré ou qu'aucun givre ne s'est déposé sur l'évaporateur. Une telle étape de dégivrage peut être réalisée de plusieurs manières différentes. Il est par exemple possible de faire fonctionner l'évaporateur en tant que condenseur, ou de faire circuler un flux d'air chaud au travers de l'évaporateur. Dans ce cas et selon une variante de réalisation, à l'issue de ladite étape de dégivrage, si le taux de givrage de l'échangeur de chaleur apte à former un évaporateur est inférieur à un second taux déterminé, alors le procédé comprend une étape de demande de propulsion du véhicule à l'aide du moteur électrique. Ainsi, si à l'issue de l'étape de dégivrage, l'évaporateur est correctement dégivré (c'est-à-dire si le taux de givrage est suffisamment faible, voire nul), alors le véhicule peut être propulsé à l'aide du moteur électrique, le moteur thermique pouvant être arrêté. Le chauffage de l'habitacle peut alors être effectué en puisant des calories sur le moteur thermique, tant que celui-ci est encore suffisamment chaud (mode de chauffage à l'aide du moteur thermique) et/ou en puisant des calories sur le fluide frigorigène circulant dans le circuit correspondant (mode de chauffage de type pompe à chaleur).According to a particular embodiment, said first determined value is a function of the estimated thermal powers capable of being provided by the radiator and the thermal resistance and the heating power required (ie the thermal energy to be supplied for allow the flow of air for the cabin to have a temperature close to the set temperature). Preferably, if the temperature of the heat engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger capable of taking heat from the heat engine is greater than the difference between the set temperature and a determined value, and if the rate of icing of the heat exchanger capable of forming an evaporator is greater than a first determined rate, for example zero, the method comprises a defrosting step of the heat exchanger capable of forming an evaporator. The icing rate gives an indication of the evaporator's ability to function properly. If this rate is zero, it means that the evaporator is completely defrosted or no frost has settled on the evaporator. Such a defrosting step can be carried out in several different ways. For example, it is possible to operate the evaporator as a condenser, or to circulate a flow of hot air through the evaporator. In this case and according to an alternative embodiment, at the end of said deicing step, if the icing rate of the heat exchanger capable of forming an evaporator is less than a second determined rate, then the method comprises a step request for propulsion of the vehicle using the electric motor. Thus, if at the end of the deicing step, the evaporator is correctly defrosted (that is to say, if the icing rate is sufficiently low, or even zero), then the vehicle can be propelled to the using the electric motor, the engine can be stopped. The heating of the cabin can then be performed by drawing calories from the engine, as long as it is still sufficiently hot (heating mode using the engine) and / or by drawing calories on the fluid refrigerant circulating in the corresponding circuit (heat pump type heating mode).
Par ailleurs, selon une variante de réalisation, si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur apte à prélever des calories sur le moteur thermique est inférieur ou égale à la différence entre la température de consigne et la valeur déterminée, et si le taux de givrage de l'échangeur de chaleur apte à former un évaporateur est supérieur à un taux déterminé, alors le procédé comprend une étape de demande de démarrage du moteur thermique.Furthermore, according to an alternative embodiment, if the temperature of the heat engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger able to take heat from the heat engine is less than or equal to the difference between the temperature of the heat engine setpoint and the determined value, and if the icing rate of the heat exchanger capable of forming an evaporator is greater than a determined rate, then the method comprises a start request step of the heat engine.
Ainsi, en mode pompe à chaleur, si l'évaporateur commence à être fortement givré (et sera donc bientôt rendu inopérant par le givre), alors le moteur thermique peut être démarré de façon à être préchauffé. Lorsque celui-ci est suffisamment chaud pour pouvoir assurer le chauffage de l'habitacle (à lui seul ou avec l'aide ou non de la résistance thermique précitée, par exemple), alors une étape de basculement d'un mode de chauffage de type pompe à chaleur à un mode de chauffage à l'aide du moteur thermique est effectuée. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile hybride, pouvant être géré par le procédé selon l'invention, - les figures 2, 3 et 4 illustrent trois cas de fonctionnement issus du procédé de gestion selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique simplifiée d'un dispositif pouvant être géré par le procédé selon l'invention, - la figure 6 est un diagramme représentant schématiquement les différentes étapes du procédé selon l'invention. La figure 1 représente un dispositif de conditionnement thermique d'un habitacle d'un véhicule automobile hybride, apte à être géré par un procédé de gestion selon l'invention.Thus, in heat pump mode, if the evaporator begins to be heavily frosted (and will soon be rendered inoperative by frost), then the engine can be started to be preheated. When it is hot enough to be able to heat the cabin (by itself or with the help or not of the aforementioned heat resistance, for example), then a step of switching a type of heating mode heat pump to a heating mode using the heat engine is carried out. The invention will be better understood and other details, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a view schematic of a thermal conditioning device of a cabin of a hybrid motor vehicle, which can be managed by the method according to the invention, - Figures 2, 3 and 4 illustrate three cases of operation from the management process according to the invention. FIG. 5 is a simplified schematic view of a device that can be managed by the method according to the invention, FIG. 6 is a diagram showing schematically the various steps of the method according to the invention. FIG. 1 represents a device for thermal conditioning of a passenger compartment of a hybrid motor vehicle, able to be managed by a management method according to the invention.
Ce dispositif comporte un circuit de fluide frigorigène comportant notamment un compresseur 1, un échangeur de chaleur référencé 2 apte à former un évaporateur, un échangeur de chaleur 3 apte à former un autre évaporateur, un échangeur de chaleur de sous-refroidissement 4 (également appelé sous-refroidisseur ou « subcooler », en anglais), apte à sous-refroidir le fluide frigorigène en phase liquide, un échangeur de chaleur 5 de type bi-fluide, dont la fonction sera mieux décrite ci-après.This device comprises a refrigerant circuit comprising in particular a compressor 1, a heat exchanger referenced 2 capable of forming an evaporator, a heat exchanger 3 able to form another evaporator, a subcooling heat exchanger 4 (also called subcooler or subcooler) capable of subcooling the refrigerant in the liquid phase, a heat exchanger 5 of the bi-fluid type, whose function will be better described below.
L'évaporateur 2 et le sous-refroidisseur 4 sont disposés en face avant 6 du véhicule et sont aptes à échanger de la chaleur entre l'air extérieur au véhicule et le fluide frigorigène. L'évaporateur 3 est disposé dans un canal d'un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7, également appelé HVAC (pour Heating, Ventilation and Air-Conditioning, en anglais). Ce canal est alimenté par de l'air extérieur au véhicule et/ou par de l'air recyclé, c'est-à-dire issu de l'habitacle du véhicule. L'air issu du canal est destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, dans différentes zones de cet habitacle. L'évaporateur 3 est donc apte à échanger de la chaleur entre l'air destiné à déboucher dans l'habitacle et le fluide frigorigène. De plus, un accumulateur 8 est situé en amont du compresseur 1. Le circuit de fluide frigorigène comporte en outre des embranchements El, E2, E3, des vannes V1, V2 et des clapets unidirectionnels Ci, C2, aptes à diriger le fluide frigorigène au travers des éléments précités, selon les modes de fonctionnement exposés ci-après. Le circuit de fluide frigorigène comprend également des détendeurs D1 et D2. Le dispositif comporte en outre un circuit de fluide caloporteur, tel par exemple qu'un mélange d'eau et de glycol, comportant trois pompes 9, 10, 11, un radiateur de refroidissement 12 dit basse-température, un radiateur de refroidissement 13 dit haute-température, un échangeur de chaleur 14 apte à récupérer des calories issues du moteur thermique du véhicule (par exemple via un circuit de refroidissement du moteur thermique), un échangeur de chaleur 15 apte à échanger de la chaleur avec le moteur électrique du véhicule (par exemple via un circuit de refroidissement du moteur électrique), un échangeur de chaleur appelé radiateur 16, ainsi que des vannes V3, V4 et des embranchements référencés E4 à E12, aptes à diriger le fluide caloporteur au travers des éléments précités, selon les modes de fonctionnement exposés ci-après.The evaporator 2 and the subcooler 4 are disposed on the front face 6 of the vehicle and are capable of exchanging heat between the air outside the vehicle and the refrigerant. The evaporator 3 is disposed in a channel of a heating, ventilation and / or air conditioning device 7, also called HVAC (for Heating, Ventilation and Air Conditioning). This channel is fed with air outside the vehicle and / or with recycled air, that is to say from the passenger compartment of the vehicle. The air from the channel is intended to open into the passenger compartment of the vehicle, in different areas of this cabin. The evaporator 3 is therefore able to exchange heat between the air intended to open into the passenger compartment and the refrigerant. In addition, an accumulator 8 is located upstream of the compressor 1. The refrigerant circuit further comprises branches E1, E2, E3, valves V1, V2 and unidirectional valves C1, C2, able to direct the refrigerant to the refrigerant. through the aforementioned elements, according to the modes of operation described below. The refrigerant circuit also includes regulators D1 and D2. The device further comprises a coolant circuit, such as for example a mixture of water and glycol, comprising three pumps 9, 10, 11, a cooling radiator 12 said low-temperature, a cooling radiator 13 said high-temperature, a heat exchanger 14 adapted to recover calories from the engine of the vehicle (for example via a cooling circuit of the engine), a heat exchanger 15 adapted to exchange heat with the electric motor of the vehicle (For example via a cooling circuit of the electric motor), a heat exchanger called radiator 16, as well as valves V3, V4 and branches referenced E4 to E12, able to direct the heat transfer fluid through the aforementioned elements, according to the operating modes described below.
L'échangeur de chaleur 5 appartient également en partie au circuit de fluide caloporteur, cet échangeur 5 étant apte à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur issu de la pompe 9 et le fluide frigorigène issu du compresseur 1.The heat exchanger 5 also partly belongs to the heat transfer fluid circuit, this exchanger 5 being able to exchange heat between the coolant coming from the pump 9 and the refrigerant from the compressor 1.
Les radiateurs 12 et 13 sont disposés en face avant du véhicule et sont aptes à échanger de la chaleur avec l'air extérieur au véhicule. Le radiateur 16 est disposé dans le canal du dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation 7, de façon à pouvoir échanger de la chaleur avec le flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle.The radiators 12 and 13 are disposed on the front of the vehicle and are able to exchange heat with the air outside the vehicle. The radiator 16 is disposed in the channel of the heating, ventilation and / or air conditioning device 7, so as to be able to exchange heat with the flow of air intended to open into the passenger compartment.
Ce canal comporte en outre une résistance thermique 17 apte à chauffer le flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle. La figure 2 représente schématiquement un premier mode de fonctionnement du dispositif de la figure 1, appelé mode de chauffage de type pompe à chaleur, sans préchauffage du moteur thermique.This channel further comprises a heat resistance 17 adapted to heat the air flow intended to open into the passenger compartment. FIG. 2 diagrammatically represents a first mode of operation of the device of FIG. 1, referred to as the heat pump type heating mode, without preheating of the heat engine.
Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule selon une boucle en traversant successivement le compresseur 1, l'échangeur 5, le détendeur D1, l'évaporateur 2 et l'accumulateur 8, avant de traverser à nouveau le compresseur 1. Par ailleurs, dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule : - selon une première boucle, qui traverse successivement la pompe 9, l'échangeur 5 et l'échangeur 16 avant de traverser à nouveau la pompe 9, et - selon une deuxième boucle, qui traverse successivement la pompe 11, l'échangeur 15 et le radiateur 12 avant de traverser à nouveau la pompe 11. Ainsi, les besoins en chauffage sont assurés par le circuit de fluide frigorigène qui fonctionne à la manière d'une pompe à chaleur. Des calories sont prélevées sur le fluide frigorigène et transférées au fluide caloporteur, par l'intermédiaire de l'échangeur 5. Ensuite, des calories sont 30203 1 8 9 transférées du fluide caloporteur au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, par l'intermédiaire du radiateur16. Dans ce mode de fonctionnement, la résistance thermique 17 peut être utilisée (mode de chauffage de type pompe à chaleur, à l'aide de 5 la résistance électrique et sans préchauffage du moteur thermique) ou non (mode de chauffage de type pompe à chaleur, sans utilisation de la résistance électrique et sans préchauffage du moteur thermique). Les vannes, les clapets anti-retour et les embranchements ne sont pas représentés sur cette figure. 10 La figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de fonctionnement du dispositif de la figure 1, appelé mode de chauffage de type pompe à chaleur, avec préchauffage du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le fluide frigorigène circule selon une boucle en traversant successivement le compresseur 1, 15 l'échangeur 5, le détendeur D1, l'évaporateur 2 et l'accumulateur 8, avant de traverser à nouveau le compresseur 1. Par ailleurs, dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule : - selon une première boucle, qui traverse successivement la 20 pompe 9, l'échangeur 5 et l'échangeur 16 avant de traverser à nouveau la pompe 9, et - selon une deuxième boucle, qui traverse successivement la pompe 11, l'échangeur 15 et le radiateur 12 avant de traverser à nouveau la pompe 11, et 25 - selon une troisième boucle, qui traverse successivement la pompe 10 et l'échangeur 14, avant de traverser à nouveau la pompe 10. Ainsi, les besoins en chauffage sont assurés par le circuit de fluide frigorigène qui fonctionne à la manière d'une pompe à chaleur, 30 comme précédemment. Des calories sont prélevées sur le fluide frigorigène et transférées au fluide caloporteur, par l'intermédiaire de l'échangeur 5. 302 03 18 10 Ensuite, des calories sont transférées du fluide caloporteur au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle du véhicule, par l'intermédiaire de l'échangeur 16. Parallèlement, le moteur thermique est démarré de façon à 5 préchauffer le moteur thermique et le fluide caloporteur circulant dans la troisième boucle. Dans ce mode de fonctionnement, la résistance thermique 17 peut être utilisée (mode de chauffage de type pompe à chaleur, à l'aide de la résistance électrique et avec préchauffage du moteur thermique) ou non 10 (mode de chauffage de type pompe à chaleur, sans utilisation de la résistance électrique et avec préchauffage du moteur thermique). Les vannes, les clapets anti-retour et les embranchements ne sont pas représentés sur cette figure. La figure 4 représente schématiquement un troisième mode de 15 fonctionnement du dispositif de la figure 1, appelé mode de chauffage à l'aide du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le compresseur 5 est arrêté et le circuit de fluide frigorigène est inopérant. Le moteur électrique peut également être arrêté. 20 Par ailleurs, dans ce mode de fonctionnement, le fluide caloporteur circule selon une boucle traversant la pompe 10 et l'échangeur 14, une partie du fluide frigorigène traversant l'échangeur 16 alors qu'une autre partie du fluide frigorigène traverse le radiateur 13, l'ensemble du fluide frigorigène traversant ensuite à nouveau la pompe 10. 25 Ainsi, les besoins en chauffage sont assurés par les déperditions du moteur thermique. En effet, des calories sont prélevées sur le moteur thermique et transférées au fluide caloporteur, par l'intermédiaire de l'échangeur 14, une partie des calories étant ensuite transférées au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle, par l'intermédiaire du radiateur 30 16. L'excédent de calories est évacué dans l'air extérieur, par l'intermédiaire du radiateur 13.In this mode of operation, the refrigerant circulates in a loop through successively the compressor 1, the exchanger 5, the expander D1, the evaporator 2 and the accumulator 8, before crossing again the compressor 1. Moreover in this operating mode, the heat transfer fluid circulates: in a first loop, which passes successively through the pump 9, the exchanger 5 and the exchanger 16 before passing through the pump 9 again, and in a second loop, which successively passes through the pump 11, the exchanger 15 and the radiator 12 before passing through the pump 11 again. Thus, the heating requirements are ensured by the refrigerant circuit which operates in the manner of a heat pump. Calories are taken from the refrigerant and transferred to the coolant, via the heat exchanger 5. Thereafter, calories are transferred from the heat transfer fluid to the air flow intended to open into the passenger compartment. vehicle, through the radiator16. In this mode of operation, the thermal resistance 17 can be used (heating mode of the heat pump type, using the electrical resistance and without preheating of the heat engine) or not (heat pump type heating mode) , without use of the electrical resistance and without preheating of the heat engine). Valves, check valves and branch lines are not shown in this figure. FIG. 3 schematically shows a second mode of operation of the device of FIG. 1, referred to as the heat pump type heating mode, with preheating of the heat engine. In this operating mode, the refrigerant circulates in a loop through successively the compressor 1, the exchanger 5, the expander D1, the evaporator 2 and the accumulator 8, before crossing again the compressor 1. Moreover, in this mode of operation, the heat transfer fluid circulates: in a first loop, which successively passes through the pump 9, the exchanger 5 and the exchanger 16 before passing through the pump 9 again, and - according to a second loop, which successively passes through the pump 11, the exchanger 15 and the radiator 12 before passing through again the pump 11, and 25 - according to a third loop, which passes successively through the pump 10 and the exchanger 14, before passing through Thus, the heating requirements are provided by the refrigerant circuit which operates in the manner of a heat pump, as before. Calories are taken from the refrigerant and transferred to the heat transfer fluid, through the exchanger 5. Then, calories are transferred from the heat transfer fluid to the air flow intended to open into the passenger compartment. By means of the heat exchanger 16, the engine is started in such a way as to preheat the heat engine and the coolant flowing in the third loop. In this operating mode, the thermal resistance 17 can be used (heating mode of the heat pump type, using the electrical resistance and with preheating of the heat engine) or not (heat pump type heating mode) , without use of the electrical resistance and with preheating of the heat engine). Valves, check valves and branch lines are not shown in this figure. Figure 4 schematically shows a third mode of operation of the device of Figure 1, called the heating mode with the aid of the heat engine. In this mode of operation, the compressor 5 is stopped and the refrigerant circuit is inoperative. The electric motor can also be stopped. Furthermore, in this mode of operation, the coolant circulates in a loop through the pump 10 and the exchanger 14, a portion of the refrigerant flowing through the exchanger 16 while another portion of the refrigerant flows through the radiator 13 the entire refrigerant then passes through the pump 10 again. Thus, the heating requirements are ensured by the losses of the heat engine. Indeed, calories are taken from the heat engine and transferred to the coolant, through the exchanger 14, a portion of the calories being then transferred to the air flow intended to open into the passenger compartment, by the 16. The excess calories are discharged into the outside air via the radiator 13.
Dans ce mode de fonctionnement, la résistance thermique 17 peut être utilisée (mode de chauffage à l'aide du moteur thermique et de la résistance électrique) ou non (mode de chauffage à l'aide du moteur thermique seulement).In this operating mode, the thermal resistance 17 can be used (heating mode using the heat engine and the electric resistance) or not (heating mode using the heat engine only).
Les vannes, les clapets anti-retour et les embranchements ne sont pas représentés sur cette figure. De manière plus générale, l'invention peut s'appliquer à un dispositif du type de celui représenté à la figure 5, comportant un circuit de fluide caloporteur 18 apte à prélever des calories sur le circuit de fluide frigorigène fonctionnant en mode pompe à chaleur, un circuit de fluide caloporteur 19 apte à prélever des calories sur le moteur thermique, des moyens 20, 21, tels que des vannes, aptes à sélectionner l'un ou l'autre des circuits de fluide caloporteur, un radiateur 22 (par exemple le radiateur 16 dans le cas des figures 1 à 4) et, optionnellement, une résistance thermique 23 (par exemple la résistance thermique 17 dans le cas des figures 1 à 4). Le radiateur 22 et la résistance thermique 23 sont destinés à chauffer le flux d'air débouchant dans l'habitacle du véhicule. La figure 6 est un diagramme représentant les différentes étapes du procédé selon l'invention permettant une gestion des différents modes 20 de chauffage. Lors de ce procédé, une étape d'initialisation B1 est tout d'abord réalisée. A l'issue de l'étape d'initialisation B1, une étape d'acquisition B2 d'une éventuelle demande de chauffage est réalisée. En d'autres termes, lors de cette étape d'acquisition B2, il s'agit de détecter si un opérateur 25 souhaite chauffer l'habitacle du véhicule. Cette demande de chauffage peut également être générée automatiquement, en fonction des besoins. A l'issue de l'étape B2, une étape de test B3 est ensuite réalisée afin d'établir si une demande de chauffage est active. Dans le cas où l'étape de test B3 renvoie un résultat négatif, 30 cette étape est suivie de l'étape B2 précédemment décrite. Si l'étape B3 renvoie un résultat positif, alors cette étape est suivie d'une nouvelle étape de test (ou étape B4) visant à déterminer si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur Teau_moteur issu de l'échangeur de chaleur 14 apte à prélever des calories sur le moteur thermique est supérieure à une température de consigne Teau_consigne définie par exemple par calcul. Dans le cas où l'étape B4 renvoie un résultat négatif, alors cette étape est suivie d'une étape de test visant à déterminer si la température du moteur thermique et/ou la température du fluide caloporteur issu de l'échangeur de chaleur 14 apte à prélever des calories sur le moteur thermique est supérieure à la différence entre la température de consigne et une valeur déterminée x1 (étape B5). La valeur déterminée est fonction des puissances thermiques estimées aptes à être fournies par le radiateur 16 et la résistance thermique 17, 23 et de la puissance de chauffage nécessaire.Valves, check valves and branch lines are not shown in this figure. More generally, the invention can be applied to a device of the type shown in FIG. 5, comprising a coolant circuit 18 capable of taking up heat from the refrigerant circuit operating in heat pump mode. a heat transfer fluid circuit 19 capable of taking heat from the heat engine, means 20, 21, such as valves, capable of selecting one or the other of the heat transfer fluid circuits, a radiator 22 (for example the radiator 16 in the case of Figures 1 to 4) and, optionally, a thermal resistance 23 (for example the thermal resistance 17 in the case of Figures 1 to 4). The radiator 22 and the heat resistance 23 are intended to heat the flow of air opening into the passenger compartment of the vehicle. Figure 6 is a diagram showing the different steps of the method according to the invention for managing the different heating modes. During this process, an initialization step B1 is first performed. At the end of the initialization step B1, an acquisition step B2 of a possible heating request is performed. In other words, during this acquisition step B2, it is a question of detecting whether an operator wishes to heat the passenger compartment of the vehicle. This heating demand can also be generated automatically, as needed. At the end of step B2, a test step B3 is then performed in order to establish whether a heating request is active. In the case where the test step B3 returns a negative result, this step is followed by the step B2 previously described. If step B3 returns a positive result, then this step is followed by a new test step (or step B4) to determine whether the temperature of the engine and / or the temperature of the heat transfer fluid Teau_moteur from the exchanger heat 14 capable of taking heat from the heat engine is greater than a set temperature Teau_Caution defined for example by calculation. In the case where the step B4 returns a negative result, then this step is followed by a test step to determine whether the temperature of the heat engine and / or the temperature of the heat transfer fluid from the heat exchanger 14 fit to take heat from the heat engine is greater than the difference between the set temperature and a determined value x1 (step B5). The determined value is a function of the estimated thermal powers that can be provided by the radiator 16 and the thermal resistance 17, 23 and the necessary heating power.
Dans le cas où l'étape B4 renvoie un résultat positif, alors cette étape est suivie d'une étape de chauffage selon le mode précité de chauffage à l'aide du moteur thermique seulement. Il est rappelé que ce mode de chauffage est celui exposé à la figure 4, dans lequel la résistance thermique 17 est éteinte et dans lequel le fluide caloporteur est chauffé à l'aide des déperditions thermiques issues du moteur thermique, par l'intermédiaire de l'échangeur 14, puis par transfert de ces calories au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle, par l'intermédiaire de l'échangeur 16 (étape B6). Dans le cas où l'étape B5 renvoie un résultat positif, alors cette étape est suivie d'une étape de chauffage selon le mode précité de chauffage à l'aide du moteur thermique et de la résistance électrique 17. Il est rappelé que ce mode de chauffage est celui exposé à la figure 4, dans lequel le fluide caloporteur est chauffé à l'aide des déperditions thermiques issues du moteur thermique, par l'intermédiaire de l'échangeur 14, puis par transfert de ces calories au flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle, par l'intermédiaire de l'échangeur 16, et dans lequel le chauffage dudit flux d'air est également effectué à l'aide de la résistance thermique 17. Les étapes B6 et B7 sont suivies d'une étape de test (étape B8) visant à déterminer si le taux de givrage de l'évaporateur 2, référencé t_givrage, est supérieur à un premier taux déterminé, par exemple zéro. En d'autres termes, il est déterminé si du givre est présent sur l'évaporateur 2. On rappelle que le taux de givrage donne une indication sur la capacité de l'évaporateur à fonctionner correctement. Si ce taux est égal à zéro, cela signifie que l'évaporateur 2 est complètement dégivré ou 10 qu'aucun givre ne s'est déposé sur l'évaporateur 2 compte tenu par exemple de la température de l'air extérieur. A l'inverse, si ce taux est élevé, cela signifie qu'une quantité importante de givre s'est déposée sur l'évaporateur 2, ce qui risque de le rendre inopérant. Si l'étape B8 renvoie un résultat positif, alors une étape de 15 dégivrage de l'évaporateur 2 est réalisée (étape B9), soit en le faisant fonctionner en tant que condenseur, soit en le faisant traverser par un flux d'air chaud, par exemple. A l'issue de l'étape B9 est réalisée une étape de test (étape B10) visant à déterminer si le taux de givrage de l'évaporateur 2 est inférieur à 20 un second taux déterminé y2. Si l'étape B10 renvoie un résultat positif, une étape de test est réalisée afin de déterminer si le véhicule est propulsé à l'aide du moteur électrique (étape B11). Si l'étape B11 renvoie un résultat négatif, alors il est procédé à 25 une étape visant à demander une propulsion du véhicule à l'aide du moteur électrique (étape B12), cette demande étant acceptée si les batteries alimentant le moteur électrique sont suffisamment chargées, par exemple. Si l'étape B10 renvoie un résultat négatif, et/ou si l'étape B11 renvoie un résultat positif, alors le procédé se poursuit selon l'étape B2 30 précédemment décrite.In the case where step B4 returns a positive result, then this step is followed by a heating step according to the above mode of heating using the heat engine only. It is recalled that this heating mode is the one shown in FIG. 4, in which the thermal resistance 17 is extinguished and in which the coolant is heated by means of heat losses from the heat engine, via the exchanger 14, then by transfer of these calories to the air flow intended to open into the passenger compartment, through the exchanger 16 (step B6). In the case where the step B5 returns a positive result, then this step is followed by a heating step according to the aforementioned mode of heating using the heat engine and the electrical resistance 17. It is recalled that this mode The heating circuit is that shown in FIG. 4, in which the coolant is heated by means of thermal losses from the heat engine, via the exchanger 14, and then by transferring these calories to the air flow. intended to open into the passenger compartment, via the exchanger 16, and wherein the heating of said air flow is also carried out using the thermal resistance 17. Steps B6 and B7 are followed by a test step (step B8) to determine whether the icing rate of the evaporator 2, referenced t_givrage, is greater than a first determined rate, for example zero. In other words, it is determined whether frost is present on the evaporator 2. It is recalled that the icing rate gives an indication of the ability of the evaporator to function properly. If this rate is equal to zero, this means that the evaporator 2 is completely defrosted or that no frost has settled on the evaporator 2, taking into account, for example, the temperature of the outside air. Conversely, if this rate is high, it means that a large amount of frost has deposited on the evaporator 2, which may render it inoperative. If step B8 returns a positive result, then a defrosting step of the evaporator 2 is performed (step B9), either by operating it as a condenser or by passing it through a hot air flow. , for example. At the end of step B9 is performed a test step (step B10) to determine if the icing rate of the evaporator 2 is less than a second determined rate y2. If step B10 returns a positive result, a test step is performed to determine if the vehicle is powered by the electric motor (step B11). If step B11 returns a negative result, then a step is taken to request a propulsion of the vehicle using the electric motor (step B12), this request being accepted if the batteries supplying the electric motor are sufficiently loaded, for example. If step B10 returns a negative result, and / or if step B11 returns a positive result, then the process continues according to step B2 previously described.
Par ailleurs, si l'étape B5 renvoie un résultat négatif, alors le procédé se poursuit à l'étape de chauffage selon le mode précité de chauffage de type pompe à chaleur, avec ou sans aide de la résistance électrique, et sans préchauffage du moteur thermique (étape B13).On the other hand, if step B5 returns a negative result, then the process is continued at the heating step according to the aforesaid heat pump type heating mode, with or without the aid of the electrical resistance, and without preheating of the motor. thermal (step B13).
Il est rappelé que ce mode de chauffage est celui exposé à la figure 2, dans lequel le chauffage du flux d'air destiné à l'habitacle est effectué par prélèvement de calories sur le circuit de fluide frigorigène fonctionnant en mode pompe à chaleur. A l'issue de l'étape B13, il est procédé à une étape de test (étape B14) visant à déterminer si le taux de givrage t_givrage est supérieur à un taux y1 déterminé. Si l'étape B14 renvoie un résultat positif, alors il est procédé à une étape de test visant à déterminer si le moteur thermique est arrêté (étape B15). Si l'étape B15 renvoie un résultat négatif, alors le procédé se poursuit par l'étape B2 précédemment décrite. Si l'étape B15 renvoie un résultat positif, alors il est procédé à une étape de demande du démarrage du moteur thermique, de façon à le préchauffer (étape B16). Cette étape est suivie de l'étape B2 précédemment décrite.It is recalled that this heating mode is the one shown in Figure 2, wherein the heating of the air flow to the passenger compartment is performed by removing calories on the refrigerant circuit operating in heat pump mode. At the end of step B13, a test step (step B14) is carried out to determine whether the icing rate t_frosting is greater than a determined rate y1. If step B14 returns a positive result, then there is proceeded to a test step to determine if the engine is stopped (step B15). If step B15 returns a negative result, then the process continues with step B2 previously described. If step B15 returns a positive result, then it is proceeded to a start request step of the heat engine, so as to preheat (step B16). This step is followed by step B2 previously described.
Si l'étape B15 renvoie un résultat négatif, alors le procédé se poursuit par l'étape B2 précédemment décrite. Quel que soit le résultat de l'étape B15, le mode de chauffage utilisé dans les deux cas (résultat positif, résultat négatif), est celui illustré à la figure 3, à savoir le mode de chauffage de type pompe à chaleur, avec ou sans l'aide de la résistance électrique, et avec préchauffage du moteur thermique. Ainsi, dans le procédé selon l'invention, si le moteur thermique et/ou le fluide caloporteur du circuit correspondant 19 est suffisamment chaud, alors le flux d'air destiné à l'habitacle est chauffé à l'aide de calories issues des déperditions thermiques du moteur thermique. La résistance 17 ou 23 peut être utilisée en complément dans le cas où la température précitée n'est pas assez importante. Dans le cas où le moteur thermique ou le fluide caloporteur du circuit correspondant n'est pas assez chaud, alors le flux d'air destiné à déboucher dans l'habitacle est chauffé à l'aide de calories prélevées sur le circuit de fluide frigorigène fonctionnant en mode pompe à chaleur, tant que l'évaporateur 2 n'est pas givré, la résistance 17 ou 23 pouvant être utilisée en complément. Dans ce cas également, si le taux de givrage t_givrage commence à être trop important, c'est-à-dire supérieur au taux y1, alors il est procédé à une étape de démarrage du moteur thermique afin de le préchauffer. De la sorte, lorsque l'évaporateur 2 sera totalement obstrué, rendant impossible le chauffage de l'habitacle à l'aide du circuit de fluide frigorigène, il sera immédiatement possible de chauffer l'habitacle à l'aide des déperditions du moteur thermique, c'est-à-dire de basculer au mode de chauffage à l'aide du moteur thermique. Le confort de l'utilisateur est donc assuré, quelles que soient les conditions de fonctionnement.If step B15 returns a negative result, then the process continues with step B2 previously described. Whatever the result of step B15, the heating mode used in both cases (positive result, negative result), is the one illustrated in FIG. 3, namely the heating mode of the heat pump type, with or without without the help of electrical resistance, and with preheating of the engine. Thus, in the method according to the invention, if the heat engine and / or the heat transfer fluid of the corresponding circuit 19 is sufficiently hot, then the air flow intended for the passenger compartment is heated with the aid of calories from wastage. thermal engine. The resistance 17 or 23 may be used in addition in the case where the aforementioned temperature is not important enough. In the case where the heat engine or heat transfer fluid of the corresponding circuit is not hot enough, then the flow of air intended to open into the passenger compartment is heated with the aid of the calories taken from the working refrigerant circuit. in heat pump mode, as the evaporator 2 is not frosted, the resistance 17 or 23 can be used in addition. In this case too, if the icing icing rate starts to be too high, that is to say higher than the rate y1, then it is proceeded to a starting step of the heat engine to preheat it. In this way, when the evaporator 2 will be completely obstructed, making it impossible to heat the passenger compartment using the refrigerant circuit, it will immediately be possible to heat the passenger compartment with the losses of the engine, that is, to switch to the heating mode using the heat engine. The comfort of the user is assured, regardless of the operating conditions.
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