FR3098282A1 - Procede et dispositif de chauffage de l’habitacle des vehicules hybrides - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de chauffage de l’habitacle d’un véhicule hybride lorsqu’il fonctionne en mode tout électrique, ledit véhicule étant équipé, notamment, d’un compresseur électrique (1) alimenté par une batterie et d’un échangeur de chaleur (4b) monté sur la ligne d’échappement (E) du moteur thermique et raccordé au circuit de chauffage de l’habitacle, caractérisé en ce qu’on alimente électriquement un disque chauffant (2) au moyen de ladite batterie, on produit un flux d’air à haute pression au moyen dudit compresseur et on envoie ce flux d’air vers le disque chauffant (2) puis on injecte le flux d’air chaud issu du disque chauffant dans l’échangeur de chaleur (4b) de la ligne d’échappement (E), ainsi qu’un dispositif pour la mise en œuvre dudit procédé. Figure 1

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CHAUFFAGE DE L’HABITACLE DES VEHICULES HYBRIDES
L’invention s’applique au domaine du chauffage de l’habitacle des véhicules hybrides.
Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé et un dispositif de chauffage de l’habitacle des véhicules hybrides et, notamment, des véhicules hybrides rechargeables.
Un véhicule hybride est équipé d’au moins deux groupes de motorisation différents comprenant, respectivement, un moteur thermique et au moins un moteur électrique.
Il existe aussi aujourd’hui des véhicules hybrides rechargeables (Plug-in- Hybrid -Electric Vehicleou PHEV) qui sont capables de fonctionner en mode tout électrique indépendamment du moteur thermique ce qui permet de concilier les avantages d’un véhicule électrique pour de courts trajets et d’un véhicule thermique pour les plus longues distances.
Toutefois, le chauffage de l’habitacle de ces véhicules hybrides est problématique lorsque le véhicule roule en mode électrique, en particulier, en présence de basses températures ambiantes.
Dans le cas d’un véhicule hybride rechargeable qui peut être amené à rouler en mode électrique sur de longues distances, le problème du chauffage de l’habitacle devient même critique pour le confort des passagers.
En effet, le chauffage de l’habitacle des véhicules automobiles est généralement assuré par un système qui utilise les calories contenues dans le liquide de refroidissement du moteur thermique. Ce système est éventuellement complété par des moyens supplémentaires qui récupèrent aussi les calories comprises dans les gaz échappement du moteur thermique via un premier échangeur de chaleur traversé par le liquide de refroidissement qui alimente un second échangeur (un aérotherme air/eau) assurant directement le chauffage de l’habitacle.
Le système de chauffage qui est décrit dans le document FR2448445A1 propose d’utiliser un réchauffeur existant sur la ligne de dépollution de l’échappement pour chauffer temporairement l’air de l’habitacle lorsque le moteur thermique est déjà en marche mais reste encore froid.
Cependant, lorsque le moteur thermique est coupé, il n’y a plus de circulation de gaz dans la ligne échappement et l’échangeur ne reçoit plus les calories nécessaires au chauffage de l’habitacle.
Ainsi, ce système ne peut pas fonctionner lorsque le véhicule hybride est en mode électrique et que le moteur thermique est totalement à l’arrêt.
Une autre solution consisterait à équiper l’intérieur de l’habitacle de radiateurs électriques à effet joule mais le réseau électrique des véhicules hybrides n’est pas conçu pour permettre une telle implantation.
Par ailleurs, dans la plupart des véhicules hybrides et, en particulier, dans les véhicules hybrides rechargeables, la motorisation comprend généralement un compresseur électrique ainsi qu’un échangeur de chaleur monté traditionnellement sur la ligne d’échappement du moteur thermique pour assurer, notamment, la dépollution des gaz.
Dans ce contexte, l’invention propose de résoudre le problème du chauffage de l’habitacle survenant dans des véhicules hybrides, lorsqu’ils fonctionnent en mode électrique, en produisant un flux d’air chaud à haute pression généré par un circuit d’air dédié et envoyé à l’échangeur de chaleur traditionnel de la ligne d’échappement du moteur thermique.
Ce circuit d’air dédié comprend, notamment, le compresseur électrique habituellement présent dans le véhicule hybride et des moyens de chauffage d’air par effet joule.
Ce but est atteint au moyen d’un procédé de chauffage de l’habitacle d’un véhicule hybride lorsqu’il fonctionne en mode tout électrique, ledit véhicule étant équipé, notamment, d’un compresseur électrique alimenté par une batterie et d’un échangeur de chaleur monté sur la ligne d’échappement du moteur thermique et raccordé au circuit de chauffage de l’habitacle, caractérisé en ce qu’on alimente électriquement un disque chauffant au moyen de ladite batterie, on produit un flux d’air à haute pression au moyen dudit compresseur et on envoie ce flux d’air vers le disque chauffant puis on injecte le flux d’air chaud dans l’échangeur de chaleur de la ligne d’échappement.
Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, on injecte le flux d’air chaud dans la ligne d’échappement en amont de l’échangeur de chaleur via une vanne by-pass.
Selon une autre caractéristique du procédé, le démarrage du moteur thermique entraîne l’arrêt du disque chauffant et la fermeture conjointe de la vanne by-pass.
De préférence, le procédé de chauffage de l’invention est mis en œuvre automatiquement par activation préalable de l’utilisateur du véhicule en l’absence de démarrage ou à l’arrêt du moteur thermique.
Selon une variante, le procédé de chauffage n’est mis en œuvre que si la température ambiante dans l’habitacle est inférieure à une température de consigne fixée par l’utilisateur du véhicule.
Le cas échéant, on fait varier le débit du flux d’air issu du compresseur électrique et la puissance du disque chauffant pour ajuster, la température ambiante de l’habitacle.
Un autre objet de l’invention est un dispositif de chauffage de l’habitacle d’un véhicule hybride lorsqu’il fonctionne en mode tout électrique, ledit véhicule étant équipé, notamment, d’un compresseur électrique alimenté par une batterie et d’un échangeur de chaleur monté sur la ligne d’échappement du moteur thermique et raccordé au circuit de chauffage de l’habitacle, caractérisé en ce qu’il comprend une première ligne d’air à haute pression reliant le compresseur à un disque chauffant alimenté électriquement par ladite batterie et une seconde ligne d’air reliant, via une vanne by-pass, le disque chauffant à la ligne d’échappement en amont dudit échangeur.
Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif de l’invention comprend des moyens d’asservissement du disque chauffant et de la vanne by-pass au système de démarrage du moteur thermique.
Selon une variante spécifique de réalisation, le disque chauffant comprend un maillage fin de canaux métalliques alimentés électriquement par ladite batterie et traversé par le flux d’air à haute pression.
Par ailleurs, le compresseur comprend un moteur électrique dont l’arbre est raccordé à une roue centrifuge.
Encore un autre objet de l’invention est un véhicule hybride équipé d’un dispositif de chauffage présentant les caractéristiques définies ci-dessus.
Encore un autre objet de l’invention est un véhicule hybride équipé d’un dispositif de chauffage présentant les caractéristiques définies ci-dessus.
Le procédé de l’invention est destiné à être mis en œuvre quand le véhicule est à l’arrêt, moteur thermique coupé, ou lorsque le véhicule roule en mode tout électrique.
Le procédé de l’invention permet d’assurer le chauffage de l’habitacle et le confort des passagers même sur de longs trajets en mode électrique, comme cela peut être le cas avec des véhicules hybrides rechargeables.
Ainsi, grâce à l’invention, il ne se produit aucune coupure dans la gestion thermique de l’habitacle à l’arrêt du moteur thermique.
En outre, le dispositif de chauffage de l’invention est structurellement simple et facile à réaliser. Il est, en outre, greffé sur la ligne d’échappement traditionnelle du véhicule sans qu’il soit nécessaire de la modifier.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
est une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif de chauffage complémentaire de l’invention intégré dans le système de chauffage principal.
est un synoptique illustrant les étapes d’un mode préférentiel de mise en œuvre du procédé de l’invention.
est une vue schématique en perspective d’un mode de réalisation des moyens de chauffe utilisés dans le dispositif de l’invention.
est une vue schématique en coupe des moyens de chauffe de la figure 3A.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.
L’invention concerne le domaine du chauffage de l’habitacle des véhicules hybrides et, plus particulièrement, des véhicules hybrides rechargeables (Plug-in- Hybrid -Electric Vehicleou PHEV).
De manière générale, un véhicule hybride est équipé d’au moins deux groupes de motorisation différents comprenant, respectivement, un moteur thermique et au moins un moteur électrique. Par ailleurs, les véhicules hybrides rechargeables sont équipés d’une batterie spécifique dédiée essentiellement à la motorisation électrique et qui se recharge lorsque le véhicule roule par récupération de l’énergie de décélération ou lorsque le véhicule est à l’arrêt par un branchement sur le secteur.
Ce type de véhicule est ainsi capable de fonctionner en mode tout électrique sur de longues distances et indépendamment du moteur thermique.
En général, le chauffage de l’habitacle des véhicules automobiles est généralement assuré par un système de chauffe traditionnel qui est associé au moteur thermique.
Comme illustré par la figure 1, ce système de chauffe traditionnel utilise les calories contenues dans le liquide (eau) de refroidissement utilisé par le moteur thermique et comprend, à cet effet, un échangeur de chaleur aérotherme 4a (transfert des calories entre le liquide de refroidissement et l’air soufflé dans l’habitacle).
L’échangeur aérotherme principal 4a est généralement complété par un échangeur secondaire 4b auquel il est raccordé par deux lignes de fluide 5a, 5b pourvues d’un thermostat 6, qui récupère les calories comprises dans les gaz issus de la ligne d’échappement E du moteur thermique. Le cas échéant, la ligne d’échappement est éventuellement munie d’un système de dépollution catalytique C et d’une vanne permettant la recirculation éventuelle des gaz dans l’échangeur 4b.
Toutefois, lorsqu’un véhicule hybride roule en mode électrique, le moteur thermique est coupé et le système de chauffage de l’habitacle qui utilise habituellement les calories du liquide de refroidissement et les calories des gaz d’échappement ne fonctionne donc plus.
Cette situation est d’autant plus problématique pour les véhicules hybrides rechargeables que les trajets en mode électrique avec ces véhicules se trouvent notablement rallongés et que l’absence de chauffage est, en période de froid, une sérieuse source d’inconfort pour les passagers.
Par conséquent, l’invention consiste à équiper le véhicule hybride d’un dispositif de chauffage complémentaire destiné à assurer le relais du système de chauffage traditionnel qui est associé au moteur thermique lorsque ce dernier est coupé.
De préférence, selon l’invention, il est prévu qu’un procédé de chauffage spécifique soit mis en œuvre si, en mode électrique, la température ambiante de l’habitacle du véhicule est, par exemple, inférieure à une température minimale ou descend en dessous d’une température de consigne fixée par l’utilisateur.
De manière traditionnelle, les véhicules hybrides sont déjà équipés, d’une part, d’un compresseur électrique 1 alimenté en gaz et, de préférence, en air A et en énergie électrique V1 par une batterie (non représentée) qui est dédiée au moteur électrique et, d’autre part, de l’échangeur de chaleur secondaire 4b monté sur la ligne d’échappement E du moteur thermique (figure 1).
Le dispositif de l’invention vise à combiner le compresseur 1 et l’échangeur 4b avec, d’une part, une première ligne d’air 11 à haute pression reliant le compresseur 1 à des moyens de chauffe, par effet joule ou électrode, alimentés en énergie électrique V2 (par, exemple, par la batterie du moteur électrique) et, d’autre part, une seconde ligne d’air 12 reliant, via une vanne by-pass 3, les moyens de chauffe électriques à la ligne d’échappement E, en amont de l’échangeur 4b.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, les moyens de chauffe comprennent un disque chauffant 2 dont les dimensions sont de quelques centimètres et qui est donc très compact. Ce disque chauffant 2, représenté sur les figures 3A et 3B, comprend une électrode 21 et un maillage fin de canaux métalliques 20 alimentés électriquement par la batterie via l’électrode 21 et traversé par le flux d’air A1 à haute pression issu du compresseur 1.
Le compresseur 1 qui équipe déjà les véhicules hybrides comprend, par exemple, un moteur électrique dont l’arbre est raccordé à une roue centrifuge.
Le procédé de chauffage de l’invention est mis en œuvre au moyen de ce dispositif et consiste ainsi à alimenter électriquement le disque chauffant 2 au moyen de la batterie, à produire un flux d’air A1 à haute pression au moyen du compresseur 1 et à envoyer ce flux d’air vers le disque chauffant 2, comme illustré par la figure 1.
La vanne by-pass 3 étant alors ouverte, on injecte le flux d’air chaud A2 dans la ligne d’échappement E en amont de l’échangeur de chaleur 4b. Ainsi, l’échangeur4b utilise le flux d’air chaud A2 injecté en lieu et place des gaz d’échappement du moteur thermique.
Le procédé de l’invention peut être mis en œuvre selon le schéma de la figure 2, dès que le moteur thermique est coupé et/ou à l’activation du moteur électrique et peut se stopper automatiquement au démarrage du moteur thermique par l’arrêt du disque chauffant 2 et la fermeture conjointe de la vanne by-pass 3.
Sur le schéma synoptique de la figure 2, les séquences du procédé sont donc les suivantes ;
100 : demande de chauffe habitacle
101 : moteur thermique démarré
102a : ouverture vanne by-pass
102b : actionnement disque chauffant
102c : actionnement compresseur
103 : démarrage moteur thermique
104a : fermeture vanne by-pass
104b : arrêt compresseur
104c : coupure disque chauffant
105 : Chauffe traditionnelle par eau refroidissement moteur thermique
A titre optionnel, le procédé de l’invention peut prévoir que le chauffage de l’habitacle soit effectué automatiquement, au passage du véhicule en mode électrique, si l’utilisateur a activé au préalable une commande spécifique pour sa mise en œuvre.
Le procédé de l’invention comprend également la possibilité de faire varier le débit du flux d’air A1 issu du compresseur électrique 1, la puissance des moyens de chauffe 2 et la durée d’activation du dispositif de chauffage pour permettre, le cas échéant, d’ajuster, la température ambiante de l’habitacle, lorsque le véhicule hybride est toujours en mode électrique.
En outre, le procédé de chauffage de l’invention peut aussi être mis en œuvre automatiquement si la température ambiante dans l’habitacle est inférieure à une température de consigne fixée par l’utilisateur du véhicule.
Selon une variante de réalisation, le dispositif de l’invention comprend des moyens d’asservissement du disque chauffant 2 et de la vanne by-pass 3 au système de démarrage du moteur thermique.
Selon d’autres variantes de l’invention et, notamment, dans le cas où le compresseur électrique 1 assure une aide au dynamisme du véhicule en forçant l’air à l’admission, il est possible de compléter le dispositif par une vanne by-pass montée sur la ligne d’air située en aval du compresseur 1, mais en amont du raccord de la ligne d’admission d’air du moteur thermique. Avec cette disposition, le disque chauffant 2 serait monté après la vanne by-pass et la circulation de l’air chauffé serait assurée au moyen d’un simple raccord à clapet sur la ligne d’échappement E.
Dans le cas particulier où le véhicule serait équipé d’un disque chauffant destiné à l’assistance à l’amorçage (ou en maintien de la température) des systèmes de dépollution passifs ou actifs (catalyseur, SCR, etc, …), une variante de l’invention consisterait alors à forcer l’air avec le compresseur 1 au moyen d’un raccord monté en amont de la position du disque chauffant sur la ligne d’échappement E.

Claims (10)

  1. Procédé de chauffage de l’habitacle d’un véhicule hybride lorsqu’il fonctionne en mode tout électrique, ledit véhicule étant équipé, notamment, d’un compresseur électrique (1) alimenté par une batterie et d’un échangeur de chaleur (4b) monté sur la ligne d’échappement (E) du moteur thermique et raccordé au circuit de chauffage de l’habitacle, caractérisé en ce qu’on alimente électriquement un disque chauffant (2) au moyen de ladite batterie, on produit un flux d’air (A1) à haute pression au moyen dudit compresseur et on envoie ce flux d’air vers le disque chauffant (2) puis on injecte le flux d’air chaud (A2) issu du disque chauffant dans l’échangeur de chaleur (4b) de la ligne d’échappement (E).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on injecte le flux d’air chaud dans la ligne d’échappement (E) en amont de l’échangeur de chaleur (4b) via une vanne by-pass (3).
  3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le démarrage du moteur thermique entraîne l’arrêt du disque chauffant (2) et la fermeture conjointe de la vanne by-pass (3).
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre automatiquement par activation préalable de l’utilisateur du véhicule en l’absence de démarrage ou à l’arrêt du moteur thermique.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il n’est mis en œuvre que si la température ambiante dans l’habitacle est inférieure à une température de consigne fixée par l’utilisateur du véhicule.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on fait varier le débit du flux d’air (A1) issu du compresseur électrique (1) et la puissance du disque chauffant (2) pour ajuster, la température ambiante de l’habitacle.
  7. Dispositif de chauffage de l’habitacle d’un véhicule hybride lorsqu’il fonctionne en mode tout électrique, ledit véhicule étant équipé, notamment, d’un compresseur électrique (1) alimenté par une batterie et d’un échangeur de chaleur (4b) monté sur la ligne d’échappement (E) du moteur thermique et raccordé au circuit de chauffage de l’habitacle, caractérisé en ce qu’il comprend une première ligne d’air (11) à haute pression reliant le compresseur (1) à un disque chauffant (2) alimenté électriquement par ladite batterie et une seconde ligne d’air (12) reliant, via une vanne by-pass (3), le disque chauffant (2) à la ligne d’échappement (E) en amont dudit échangeur (4b).
  8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’asservissement du disque chauffant (2) et de la vanne by-pass (3) au système de démarrage du moteur thermique.
  9. Dispositif selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le disque chauffant (2) comprend un maillage fin (20) de canaux métalliques alimentés électriquement par ladite batterie et traversés par un flux d’air (A1) à haute pression issu du compresseur (1).
  10. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le compresseur (1) comprend un moteur électrique dont l’arbre est raccordé à une roue centrifuge.
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