WO2015086969A1 - Système de chauffage, ventilation et climatisation d'air pour véhicule hybride - Google Patents

Système de chauffage, ventilation et climatisation d'air pour véhicule hybride Download PDF

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Jean Marie L'huillier
Herve BOUSQUET
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Renault S.A.S.
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    • B60H1/004—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for vehicles having a combustion engine and electric drive means, e.g. hybrid electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/08—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant from other radiator than main radiator
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    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid

Definitions

  • the present invention relates to the field of motor vehicles, including heating, ventilation and air conditioning systems, known as "HVAC, Heating, Ventilation, Air-conditioning" in English terms.
  • HVAC heating, ventilation and air conditioning systems
  • the present invention relates in particular to hybrid vehicles.
  • a hybrid vehicle comprises a heat engine and an electric motor.
  • the invention relates to systems for bringing heated or cooled air into the passenger compartment of the vehicle.
  • Heating, ventilation and air-conditioning systems are currently known for hybrid-type vehicles comprising a conventional cooling circuit of the heat engine.
  • This circuit makes it possible to heat the cabin thanks to the heat emitted by the heat engine.
  • the heat engine is stopped, especially in the so-called "ZEV" (Zero Emission Vehicle) phases.
  • Zero Emission Vehicle Zero Emission Vehicle
  • an electric heating system is required to provide the heat that the engine no longer brings.
  • the engine compartment in this type of vehicle has the disadvantage of having many elements. Indeed, in addition to the elements traditionally imp lantés in a vehicle with thermal propulsion, it is also necessary to integrate an electric motor as well as its control electronics, a cooling system of its circuits, a traction battery and storage of electrical energy etc.
  • the present invention therefore aims to overcome these disadvantages.
  • the object of the invention is therefore to improve heating, ventilation and air conditioning systems to warm the cabin while reducing the size generated by such a system and its manufacturing cost.
  • the present invention is therefore obj and a heating, ventilation and air conditioning system of a hybrid type of motor vehicle comprising at least one heat engine, comprising a first cooling circuit traversed by a heat transfer fluid to cool said engine to a first level temperature and a second heating circuit traversed by the heat transfer fluid to warm the passenger compartment of the vehicle.
  • Said first cooling circuit comprising a radiator arranged in parallel with the engine is capable of cooling the heat transfer fluid by heat exchange with a flow of air
  • said second heating circuit comprising a heat exchanger arranged in parallel with the radiator and the engine is able to warm the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the heating, ventilation and air conditioning system comprises a heating device traversed by the coolant, arranged in parallel with the engine and the heat exchanger, and connecting the two circuits, comprising means for heating the heat transfer fluid and means for degassing of the coolant contained in said heater.
  • the space generated by the heating, ventilation and air conditioning system is particularly reduced.
  • the means for heating the coolant comprise an electrical resistance in contact with the coolant.
  • the cooling circuit may comprise a degassing line connected to the inlet of the radiator and to the inlet of the heater.
  • the heating, ventilation and air conditioning system comprises, for example, an electric pump for circulating the fluid in the heating device and a mechanical pump for circulating fluid on the motor.
  • the heating device comprises means for storing the heat transfer fluid.
  • the heating device may comprise means for protecting the cooling circuit in the event of overpressure, over temperature or lack of heat transfer fluid.
  • ECU electronice control unit
  • the invention relates to a hybrid propulsion vehicle comprising at least one engine and a heating, ventilation and air conditioning system of the motor vehicle as described above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heating, ventilation and air conditioning system according to the invention
  • FIG. 2 shows the system according to Figure 1 according to a first mode of operation
  • Figure 3 shows the system according to Figure 1 according to a second mode of operation.
  • a heating, ventilation and air conditioning system referenced 1 as a whole, is intended to be integrated in a motor vehicle comprising a hybrid traction or propulsion chain of a motor vehicle (not shown).
  • the motor vehicle comprises a heat engine 2.
  • the heating, ventilation and air-conditioning system 1 comprises a first circuit 3 for cooling the heat engine 2, which is traversed by a heat transfer fluid capable of cooling the heat engine 2 to a first temperature level, and a second heating circuit 4 traversed by the fluid. coolant and capable of warming the passenger compartment of the vehicle (not shown).
  • the first cooling circuit 3 comprises a radiator 5 arranged in parallel with the heat engine 2 and a mechanical (or electrical) pump 6 for circulating a coolant in the first cooling circuit 3, and in particular in the heat engine 2.
  • radiator 5 is traversed by the coolant and is capable of cooling the heat transfer fluid by heat exchange with a flow of air.
  • a radiator generally comprises a fluid inlet manifold, a water box, and a fluid outlet manifold (not shown).
  • the heat transfer fluid passes through a plurality of channels surrounded by fins in order to promote heat exchange with the air passing between the fins. Air may, for example, be blown on each of the radiators via a fan motor unit (not shown) disposed upstream of the radiator 5. Note that any other radiator used to exchange could be used. heat between the coolant flowing through it and the air outside the radiator.
  • the second heating circuit 4 comprises a heat exchanger 7, such as for example a heater, traversed by the heat transfer fluid and capable of heating the air present in the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heating circuit 4 is arranged in parallel with the first cooling circuit 3.
  • a heating and degassing device 10 arranged in parallel with the motor 2 and the heater 7, so as to connect the two circuits 3, 4 together.
  • the heating and degassing device 10 is traversed by the coolant and comprises heating means (not shown) of the coolant, such as an electrical resistance, and degassing means (not shown) of the heat transfer fluid.
  • the degassing means act as an expansion vessel or a degassing jar allowing expansion of the heat transfer fluid by maintaining a certain volume of compressible air inside.
  • a degassing line 11 is arranged for this purpose between the inlet of the heating and degassing device 10 and the inlet of the radiator 5.
  • An electric pump 12 is arranged upstream of the heating and degassing device 10 for the circulation of the coolant in the heating and degassing device 10.
  • the heating and degassing device 10 also comprises means of protection (not shown) of the system in case of overtemperature, or lack of coolant.
  • the heating and degassing device 10 also makes it possible to store the coolant.
  • the circuits 3, 4 comprise a coolant, such as for example water with glyco l whose direction of flow is indicated by arrows.
  • the cooling of the engine 2 is ensured by the circulation of the heat transfer fluid in the radiator 5 under the action of the mechanical pump 6 located at the inlet of the engine 2.
  • the direction of flow of the fluid is illustrated by arrows in FIG.
  • the electric pump 12 of the heating and degassing device 10 does not operate, so that the heat transfer fluid does not flow through the heating and degassing device 10 and is therefore not warmed.
  • the heating and degassing device 10 plays, in this case, the sole role of expansion vessel.
  • a three-way valve 14 communicates the circuit 3 and the circuit 4, and the heating of the passenger compartment is provided by the heat supplied by the heat engine 2. This is the thermal operating mode usual.
  • the three-way valve 14 closes the communication between the circuit 3 and the circuit 4, and allows the circulation of the coolant in the branch of the circuit where the heating and degassing device 10 is located.
  • the heating of the passenger compartment of the motor vehicle is then ensured by the circulation of the coolant in the heating and degassing device 10 under the action of the electric pump 12 located at the inlet of the heating and degassing device 10.
  • the meaning fluid flow is illustrated by arrows in Figure 3, but this direction can also be reversed.
  • the mechanical or electrical pump 6 upstream of the heat engine 2 does not work (because the engine 2 does not work), so that the heat transfer fluid does not flow through the heat engine 2.
  • the heating device and degassing 1 0 then allows to heat the heat transfer fluid flowing through the heater 7 for the purpose of heating the passenger compartment of the vehicle.
  • the engine 2 is not heated by the heat transfer fluid heated by this device 1 0 which plays, in this case, the sole role of heating the fluid.
  • the heating, ventilation and air-conditioning system 1 comprises an electronic control unit (not shown), called “ECU”, which makes it possible to control the various pumps 6, 12 as a function of the temperature T of the coolant supplied, for example, by a temperature sensor 1 3 between the output of the radiator 5 and the input of the heat engine 2.
  • ECU electronice control unit
  • the engine 2 is thus efficiently cooled while allowing the heating of the air present in the passenger compartment of the vehicle. Thanks to the use of a single device allowing the system to heat the cabin of the vehicle, to degas the fluid present in the first cooling circuit, to heat the battery and to store the coolant, the generated space by the heating, ventilation and air conditioning system is particularly reduced.

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Abstract

Système de chauffage, ventilation et climatisation d'un véhicule automobile à propulsion hybride comportant au moins un moteur thermique(2), comprenant un premier circuit (3) de refroidissement parcouru par un fluide caloporteur et comprenant un radiateur (5) capable de refroidir le fluide caloporteur par échange thermique avec un flux d'air pour refroidir ledit moteur (2) et un deuxième circuit (4) de chauffage parcouru par le fluide caloporteur comprenant un échangeur de chaleur (7) disposé en parallèle du radiateur (5) et du moteur (2) et capable de réchauffer l'habitacle du véhicule automobile. Le système de chauffage, ventilation et climatisation comprenant un dispositif de chauffage et de dégazage (10) traversé par le fluide caloporteur, disposé en parallèle du moteur (2) et de l'échangeur de chaleur (7), reliant les deux circuits (3, 4), et comprenant des moyens de chauffage et des moyens de dégazage du fluide caloporteur contenu dans ledit dispositif de chauffage et de dégazage (10).

Description

Système de chauffage, ventilation et climatisation d'air pour véhicule hybride
La présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles, et notamment les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation d' air, dits « HVAC, Heating, Ventilation, Air- conditionning » en termes anglo-saxon.
La présente invention concerne en particulier les véhicules hybrides. Un véhicule hybride comprend un moteur thermique et un moteur électrique.
Plus particulièrement, l 'invention concerne les systèmes permettant d' amener l ' air chauffé ou refroidi dans l ' habitacle du véhicule.
On connaît actuellement des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation pour des véhicules de type hybride comprenant un circuit de refroidissement classique du moteur thermique. Ce circuit permet de chauffer l ' habitacle grâce à la chaleur émise par le moteur thermique. Cependant, en fonctionnement hybride, le moteur thermique est arrêté, notamment dans les phases dites « ZEV » (Zéro Emission Vehicle) . Dans ce cas, un système électrique de chauffage est requis de façon à fournir la chaleur que le moteur thermique n' apporte plus. Mais le compartiment moteur dans ce type de véhicules présente l' inconvénient de comporter de nombreux éléments . En effet, outre les éléments classiquement imp lantés dans un véhicule à propulsion thermique, il faut également intégrer un moteur électrique ainsi que son électronique de pilotage, un système de refroidissement de ses circuits, une batterie de traction et de stockage de l ' énergie électrique, etc.
La présente invention a donc pour obj et de remédier à ces inconvénients. Le but de l 'invention est donc d' améliorer les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation afin de réchauffer l ' habitacle tout en réduisant l' encombrement engendré par un tel système et son coût de fabrication.
La présente invention a donc pour obj et un système de chauffage, ventilation et climatisation d'un véhicule automobile de type hybride comportant au moins un moteur thermique, comprenant un premier circuit de refroidissement parcouru par un fluide caloporteur pour refroidir ledit moteur à un premier niveau de température et un deuxième circuit de chauffage parcouru par le fluide caloporteur pour réchauffer l ' habitacle du véhicule. Ledit premier circuit de refroidissement comprenant un radiateur disposé en parallèle du moteur est capable de refroidir le fluide caloporteur par échange thermique avec un flux d' air, et ledit deuxième circuit de chauffage comprenant un échangeur de chaleur disposé en parallèle du radiateur et du moteur est capable de réchauffer l ' habitacle du véhicule automobile.
Le système de chauffage, ventilation et climatisation comprend un dispositif de chauffage traversé par le fluide caloporteur, disposé en parallèle du moteur et de l ' échangeur de chaleur, et reliant les deux circuits, comprenant des moyens de chauffage du fluide caloporteur et des moyens de dégazage du fluide caloporteur contenu dans ledit dispositif de chauffage.
Ainsi, grâce à l 'utilisation d'un unique dispositif permettant à la fois de chauffer l ' habitacle du véhicule, de dégazer le fluide présent dans le premier circuit de refroidissement, l ' encombrement engendré par le système de chauffage, ventilation et climatisation est particulièrement réduit.
Avantageusement, les moyens de chauffage du fluide caloporteur comprennent une résistance électrique en contact avec le fluide caloporteur. Le circuit de refroidissement peut comprendre une conduite de dégazage reliée à l ' entrée du radiateur et à l ' entrée du dispositif de chauffage.
Le système de chauffage, ventilation et climatisation comprend par exemple une pompe électrique de circulation du fluide dans le dispositif de chauffage et une pompe mécanique de circulation du fluide sur le moteur.
Avantageusement, le dispositif de chauffage comprend des moyens de stockage du fluide caloporteur.
Le dispositif de chauffage peut comprendre des moyens de protection du circuit de refroidissement en cas de surpression, de surtempérature ou de manque de fluide caloporteur.
En effet, un capteur de température situé sur, ou à proximité, de l ' élément chauffant, et relié à une unité de contrôle électronique, dite « ECU » de contrôle du système, permet d' assurer la coupure de ce système. Dans le cas de manque de fluide caloporteur, la non- circulation de ce fluide ou le défaut de l ' élément chauffant n' impliquera par de risque sécuritaire.
Selon un deuxième aspect, l 'invention concerne un véhicule automobile à propulsion hybride comprenant au moins un moteur thermique et un système de chauffage, ventilation et climatisation du véhicule automobile tel que décrit ci-dessus .
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description de quelques modes de réalisation, donnés à titre d' exemples nullement limitatifs et illustrés sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue schématique d'un système de chauffage, ventilation et climatisation selon l 'invention;
- la figure 2 représente le système selon la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement ; et
- la figure 3 représente le système selon la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement.
Tel qu' illustré schématiquement sur la figure 1 , un système de chauffage, ventilation et climatisation, référencé 1 dans son ensemble, est destiné à être intégré dans un véhicule automobile comprenant une chaîne de traction ou de propulsion hybride d'un véhicule automobile (non représenté) . Le véhicule automobile comprend un moteur thermique 2.
Le système 1 de chauffage, ventilation et climatisation comprend un premier circuit 3 de refroidissement du moteur thermique 2 parcouru par un fluide caloporteur capable de refroidir le moteur thermique 2 à un premier niveau de température, et un deuxième circuit 4 de chauffage parcouru par le fluide caloporteur et capable de réchauffer l ' habitacle du véhicule (non représenté) .
Le premier circuit 3 de refroidissement comprend un radiateur 5 disposé en parallèle du moteur thermique 2 et une pompe mécanique (ou électrique) 6 de circulation d'un fluide caloporteur dans le premier circuit 3 de refroidissement, et notamment dans le moteur thermique 2. Le radiateur 5 est parcouru par le fluide caloporteur et est capable de refroidir le fluide caloporteur par échange thermique avec un flux d' air. Un radiateur comprend généralement un co llecteur d' entrée du fluide, une boîte à eau et un co llecteur de sortie du fluide (non représentés). Le fluide caloporteur passe dans une pluralité de canaux entourés d' ailettes dans le but de favoriser les échanges thermiques avec l ' air passant entre les ailettes. De l ' air peut, par exemple, être soufflé sur chacun des radiateurs par l' intermédiaire d'un groupe moto ventilateur (non représenté) disposé en amont du radiateur 5. On notera que l'on pourrait utiliser tout autre radiateur servant à échanger de la chaleur entre le fluide caloporteur le traversant et l ' air extérieur au radiateur.
Le deuxième circuit 4 de chauffage comprend un échangeur de chaleur 7, tel que par exemp le un aérotherme, parcouru par le fluide caloporteur et capable de réchauffer l ' air présent dans l ' habitacle du véhicule. Le deuxième circuit 4 de chauffage est disposé en parallèle du premier circuit 3 de refroidissement.
On dispose également, dans l ' écoulement du fluide caloporteur, un dispositif de chauffage et dégazage 10 disposé en parallèle du moteur 2 et de l ' aérotherme 7, de manière à relier les deux circuits 3 , 4 entre eux.
Le dispositif de chauffage et de dégazage 10 est traversé par le fluide caloporteur et comprend des moyens de chauffage (non représentés) du fluide caloporteur, tels qu'une résistance électrique, ainsi que des moyens de dégazage (non représentés) du fluide caloporteur.
Les moyens de dégazage jouent le rôle d'un vase d' expansion ou bocal de dégazage permettant la dilatation du fluide caloporteur grâce au maintien d'un certain vo lume d ' air compressible à l ' intérieur.
Il permet également de maintenir sous pression l' ensemble du premier circuit 3 de refroidissement, afin d ' éviter tout risque de cavitation de la pompe de circulation. Une conduite de dégazage 1 1 est disposée à cet effet entre l ' entrée du dispositif de chauffage et de dégazage 10 et l ' entrée du radiateur 5.
Une pompe électrique 12 est disposée en amont du dispositif de chauffage et de dégazage 10 pour la circulation du fluide caloporteur dans le dispositif de chauffage et de dégazage 10.
Le dispositif de chauffage et de dégazage 10 comprend également des moyens de protection (non représentés) du système en cas de surtempérature, ou manque de fluide caloporteur.
Le dispositif de chauffage et de dégazage 10 permet également de stocker le fluide caloporteur.
Les circuits 3 , 4 comprennent un fluide caloporteur, tel que par exemple de l ' eau additionnée de glyco l dont le sens de l ' écoulement est indiqué par des flèches.
Le refroidissement du moteur 2 est assuré par la circulation du fluide caloporteur dans le radiateur 5 sous l ' action de la pompe mécanique 6 située en entrée du moteur 2. Le sens d' écoulement du fluide est illustré par des flèches sur la figure 2. Dans ce cas, la pompe électrique 12 du dispositif de chauffage et de dégazage 10 ne fonctionne pas, de sorte que le fluide caloporteur ne circule pas à travers le dispositif de chauffage et de dégazage 10 et n' est pas donc réchauffé. Le dispositif de chauffage et dégazage 10 joue, dans ce cas, l 'unique rôle de vase d' expansion.
Dans ce cas, une vanne à trois voies 14 met en communication le circuit 3 et le circuit 4, et le chauffage de l ' habitacle est assurée par la chaleur fournie par le moteur thermique 2. Il s ' agit là du mode de fonctionnement thermique habituel.
Dans un autre mode de fonctionnement, la vanne trois voies 14 ferme la communication entre le circuit 3 et le circuit 4, et permet la circulation du fluide caloporteur dans la branche du circuit où se trouve le dispositif de chauffage et de dégazage 10.
Le chauffage de l' habitacle du véhicule automobile est alors assuré par la circulation du fluide caloporteur dans le dispositif de chauffage et de dégazage 10 sous l ' action de la pompe électrique 12 située en entrée du dispositif de chauffage et de dégazage 10. Le sens d' écoulement du fluide est illustré par des flèches sur la figure 3 , mais ce sens peut aussi être inversé. Dans ce cas, la pompe mécanique ou électrique 6 en amont du moteur thermique 2 ne fonctionne pas (car le moteur 2 ne fonctionne pas), de sorte que le fluide caloporteur ne circule pas à travers le moteur thermique 2. Le dispositif de chauffage et de dégazage 1 0 permet alors de réchauffer le fluide caloporteur qui circule à travers l ' aérotherme 7 en vue du chauffage de l ' habitacle du véhicule. Le moteur 2 n' est pas donc réchauffé par le fluide caloporteur chauffé par ce dispositif 1 0 qui joue, dans ce cas, l 'unique rôle de chauffage du fluide.
Le système de chauffage, ventilation et climatisation 1 comprend une unité de contrôle électronique (non représentée) , appelée « UCE », permettant de commander les différentes pompes 6 , 12 en fonction de la température T du fluide caloporteur, fournie, par exemple, par un capteur de température 1 3 entre la sortie du radiateur 5 et l ' entrée du moteur thermique 2.
Le moteur 2 est donc refroidi de manière efficace tout en permettant le chauffage de l ' air présent dans l ' habitacle du véhicule. Grâce à l 'utilisation d'un unique dispositif permettant à la fo is de chauffer l ' habitacle du véhicule, de dégazer le fluide présent dans le premier circuit de refroidissement, de réchauffer la batterie et de stocker le fluide caloporteur, l ' encombrement engendré par le système de chauffage, ventilation et climatisation est particulièrement réduit.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de chauffage, ventilation et climatisation d 'un véhicule automobile hybride comportant au moins un moteur thermique (2), comprenant un premier circuit (3) de refroidissement parcouru par un fluide caloporteur pour refroidir ledit moteur (2) à un premier niveau de température et un deuxième circuit (4) de chauffage parcouru par le fluide caloporteur pour réchauffer l ' habitacle du véhicule à un deuxième niveau de température, ledit premier circuit (3) de refroidissement comprenant un radiateur (5) disposé en parallèle du moteur (2) et capable de refroidir le fluide caloporteur par échange thermique avec un flux d' air, et ledit deuxième circuit (4) de chauffage comprenant un échangeur de chaleur (7) disposé en parallèle du radiateur (5) et du moteur (2) et capable de réchauffer l 'habitacle du véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de chauffage et de dégazage ( 10) traversé par le fluide caloporteur, disposé en parallèle du moteur (2) et de l ' échangeur de chaleur (7) , reliant les deux circuits (3 , 4), et comprenant des moyens de chauffage et des moyens de dégazage du fluide caloporteur contenu dans ledit dispositif de chauffage et de dégazage ( 1 0) .
2. Système selon la revendication 1 , dans lequel les moyens de chauffage du fluide caloporteur comprennent une résistance électrique en contact avec le fluide caloporteur.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une conduite de dégazage ( 1 1 ) reliée à l ' entrée du radiateur (5) et à l ' entrée du dispositif de chauffage et de dégazage ( 10) .
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pompe électrique ( 12) de circulation du fluide dans le dispositif de chauffage et de dégazage ( 10) .
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pompe mécanique ou électrique (6) de circulation du fluide dans le moteur (2) .
6. Système selon l 'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage et de dégazage ( 10) comprend des moyens de stockage du fluide caloporteur.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage et de dégazage ( 10) comprend des moyens de protection en cas de surpression, de surtempérature ou de manque de fluide caloporteur.
8. Véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique et un système de chauffage, ventilation et climatisation ( 1 ) du véhicule automobile selon l 'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/FR2014/053201 2013-12-12 2014-12-08 Système de chauffage, ventilation et climatisation d'air pour véhicule hybride WO2015086969A1 (fr)

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