Système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule L'inventionThermal regulation system for the passenger compartment of a vehicle The invention
concerne un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne. Un moteur à combustion interne génère de la chaleur et il est nécessaire de prévoir des moyens d'évacuation de celle-ci. Un circuit de refroidissement permet de récupérer la chaleur du moteur et différents échangeurs thermiques de ce circuit de refroidissement permettent d'évacuer cette chaleur, notamment vers le système de chauffage de l'habitacle du véhicule. Cependant, l'amélioration des rendements des moteurs à combustion interne entraîne une diminution des échanges calorifiques entre le moteur et le circuit de refroidissement. De ce fait, les échanges entre le circuit de refroidissement et les échangeurs de chaleur du système de chauffage de l'habitacle sont aussi diminués, et la vitesse de montée en température de l'habitacle est plus lente. La publication FR 2 769 666 propose de placer un échangeur de chaleur sur une tubulure d'échappement du moteur pour transférer directement une partie de la chaleur des gaz d'échappement au circuit de refroidissement du moteur de manière à accélérer la montée en température du liquide de refroidissement et donc celle de l'habitacle. Cependant un tel dispositif ne permet pas une montée en température rapide du chauffage de l'habitacle durant des phases d'arrêt ou de ralenti du moteur du véhicule. Le but de l'invention, est de proposer un système amélioré de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne permettant notamment une régulation précise de la température de l'habitacle et une montée en température rapide de l'habitacle. Dans ce but, l'invention propose un système de régulation thermique d'un moteur comportant un générateur à effet Seebeck dont une source chaude est la tubulure d'échappement du moteur pour générer un courant électrique, un accumulateur électrique pour stocker le courant généré, un élément de chauffage de l'habitacle et des moyens de commande pour fournir du courant de l'accumulateur à l'élément de chauffage de l'habitacle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le générateur peut comporter une source froide refroidie par de l'air, cette source froide pouvant comporter une paroi cylindrique entourant au moins partiellement la tubulure d'échappement, et des moyens de canalisation pour faire circuler l'air entre la paroi et la tubulure. Les moyens de canalisation peuvent comporter des parois convergentes en direction de la tubulure. Le système peut comporter des fils de thermocouples qui s'étendent radialement et relient la tubulure et la paroi de la source froide, ces thermocouples pouvant être de type J ou de type E. Les moyens de canalisation peuvent comporter des cloisons dans des plans axiaux. Le générateur peut comporter un assemblage de secteurs placés autour de la tubulure. L'élément de chauffage peut être composé d'au moins une résistance électrique, et peut être placé soit dans un flux d'air soufflé vers l'habitacle, soit dans un circuit de refroidissement du moteur en amont d'un échangeur avec un système de chauffage de l'habitacle du véhicule. Les moyens de commande peuvent réguler la température de l'habitacle à une température de consigne. L'invention sera désormais décrite dans des exemples en référence aux dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de régulation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un générateur selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est un schéma d'un secteur pour former un générateur ; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un générateur selon un deuxième mode de réalisation ; et la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5. Un moteur 2 à combustion interne comporte une tubulure d'échappement 4 pour évacuer des gaz de combustion, et un circuit de refroidissement (non représenté) pour évacuer une partie de la chaleur générée par le moteur à combustion interne 2. Un système de régulation 1 de la température de l'habitacle conforme à l'invention est représenté sur la figure 1. Il comporte un générateur 10 à effet Seebeck pour générer un courant électrique et un accumulateur 11 électrique apte à stocker le courant généré. Le générateur 10 est monté sur la tubulure d'échappement 4. L'accumulateur 11 alimente en courant un élément de chauffage 13, tel que des résistances électriques, permettant de chauffer directement l'air soufflé vers l'habitacle ou de chauffer le liquide de refroidissement en amont de l'échangeur de chaleur avec le système de chauffage de l'habitacle. Des moyens de commande 12 reçoivent en entrée une mesure de la température de l'habitacle et/ou une consigne de température donnée par l'utilisateur, et fournissent du courant de l'accumulateur 11 à l'élément de chauffage 13. Le générateur 10 comporte une source chaude TC qui est la tubulure d'échappement 4, et une source froide TF qui est une paroi conductrice 14 thermiquement et exposée à un flux d'air. Le générateur 10 comporte une série de thermocouples 101 reliés électriquement entre eux en série ou en parallèle pour adapter le niveau des grandeurs électriques, par des connexions 102 réalisées au niveau de la source froide 14. Dans un premier mode de réalisation, le générateur 10, montré sur les figures 2 à 4, est réalisé par l'assemblage de quatre secteurs 103 placés autour de la tubulure. Deux sangles 104 serrent les extrémités respectives des secteurs 103 pour les maintenir en appui contre la tubulure 4. La structure des secteurs 103 est réalisée par exemple en céramique. Chaque secteur 103 comporte une paroi de source chaude 1030, deux cloisons 1031, une paroi de source froide 14 et un pavillon 1032. La paroi de source chaude 1030 est en contact avec la tubulure 4 afin de recevoir sa chaleur. Les cloisons 1031 sont sensiblement dans des plans axiaux de la tubulure 4 et perpendiculaires entre eux. La paroi de source froide 14 est une portion cylindrique de même axe que la tubulure 4 et est prolongée par le pavillon 1032 Chaque thermocouple 101 comporte un premier fil 1011 d'une première matière et un deuxième fil 1012 d'une deuxième matière, différente de la première matière. Le premier 1011 et le deuxième fil 1012 du même thermocouple 101 sont connectés entre eux par une soudure chaude 1013. La première matière est par exemple du fer, tandis que la deuxième matière est du constantan, alliage de cuivre et de nickel, de manière à réaliser des thermocouples de type J. En utilisant du chromel, alliage de chrome et de nickel, pour la première matière, on réalise des thermocouples de type E. Les soudures chaudes 1013 sont enrobées d'un ciment réfractaire 1033 déposé sur la face extérieure 1034 de la paroi de source chaude 1030. Le ciment 1033 isole électriquement les soudures chaudes 1013 entre elles. relates to a thermal regulation system of the passenger compartment of a vehicle equipped with an internal combustion engine. An internal combustion engine generates heat and it is necessary to provide means for evacuation thereof. A cooling circuit makes it possible to recover the heat of the engine and various heat exchangers of this cooling circuit make it possible to evacuate this heat, in particular towards the heating system of the passenger compartment of the vehicle. However, improving the efficiency of internal combustion engines leads to a reduction in the heat exchange between the engine and the cooling circuit. As a result, the exchanges between the cooling circuit and the heat exchangers of the cabin heating system are also reduced, and the speed of rise in temperature of the passenger compartment is slower. The publication FR 2 769 666 proposes placing a heat exchanger on an exhaust pipe of the engine to directly transfer part of the heat of the exhaust gases to the engine cooling circuit so as to accelerate the rise in temperature of the liquid. cooling and therefore that of the passenger compartment. However, such a device does not allow a rapid rise in temperature of the heating of the passenger compartment during stopping or idling phases of the vehicle engine. The aim of the invention is to propose an improved system for regulating the temperature of the passenger compartment of a vehicle equipped with an internal combustion engine, in particular allowing precise regulation of the temperature of the passenger compartment and rapid rise in temperature. of the cockpit. For this purpose, the invention proposes a system for thermal regulation of an engine comprising a Seebeck effect generator whose hot source is the exhaust pipe of the engine for generating an electric current, an electric accumulator for storing the generated current, a cabin heating element and control means for supplying battery current to the cabin heating element. According to other characteristics of the invention, the generator may comprise an air-cooled cold source, this cold source possibly comprising a cylindrical wall at least partially surrounding the exhaust manifold, and channeling means for circulating the air between the wall and the tubing. The channeling means may comprise convergent walls in the direction of the tubing. The system may comprise thermocouple wires which extend radially and connect the pipe and the wall of the cold source, these thermocouples may be type J or type E. The channeling means may comprise partitions in axial planes. The generator may comprise an assembly of sectors placed around the tubing. The heating element may be composed of at least one electrical resistance, and may be placed either in a flow of air blown towards the passenger compartment or in a cooling circuit of the engine upstream of a heat exchanger with a system heating the passenger compartment of the vehicle. The control means can regulate the temperature of the passenger compartment to a set temperature. The invention will now be described in examples with reference to the following appended drawings: FIG. 1 is a schematic view of a control system according to the invention; FIG. 2 is a perspective view of a generator according to a first embodiment; - Figure 3 is a diagram of a sector to form a generator; - Figure 4 is a sectional view along the line IV-IV of Figure 2; FIG. 5 is a perspective view of a generator according to a second embodiment; and FIG. 6 is a sectional view along the line VI-VI of FIG. 5. An internal combustion engine 2 comprises an exhaust pipe 4 for evacuating combustion gases, and a cooling circuit (not shown) for remove a portion of the heat generated by the internal combustion engine 2. A control system 1 of the cabin temperature according to the invention is shown in Figure 1. It comprises a Seebeck effect generator 10 to generate a electric current and an electric accumulator 11 capable of storing the generated current. The generator 10 is mounted on the exhaust pipe 4. The accumulator 11 supplies current to a heating element 13, such as electrical resistances, for directly heating the air blown towards the passenger compartment or heating the liquid. cooling upstream of the heat exchanger with the cabin heating system. Control means 12 receive as input a measurement of the temperature of the passenger compartment and / or a temperature instruction given by the user, and supply current of the accumulator 11 to the heating element 13. The generator 10 comprises a hot source TC which is the exhaust pipe 4, and a cold source TF which is a conducting wall 14 thermally and exposed to an air flow. The generator 10 comprises a series of thermocouples 101 electrically connected together in series or in parallel to adapt the level of the electrical quantities, by connections 102 made at the cold source 14. In a first embodiment, the generator 10, shown in Figures 2 to 4, is achieved by the assembly of four sectors 103 placed around the tubing. Two straps 104 clamp the respective ends of the sectors 103 to hold them against the tubing 4. The structure of the sectors 103 is made for example of ceramic. Each sector 103 includes a hot source wall 1030, two partitions 1031, a cold source wall 14 and a horn 1032. The hot source wall 1030 contacts the tubing 4 to receive its heat. The partitions 1031 are substantially in axial planes of the tubing 4 and perpendicular to each other. The cold source wall 14 is a cylindrical portion of the same axis as the pipe 4 and is extended by the horn 1032. Each thermocouple 101 comprises a first wire 1011 of a first material and a second wire 1012 of a second material, different from the first matter. The first 1011 and the second wire 1012 of the same thermocouple 101 are connected to each other by a hot weld 1013. The first material is, for example, iron, while the second material is constantan, a copper and nickel alloy, so that realize J type thermocouples. Using chromel, chromium and nickel alloy, for the first material, type E thermocouples are made. The hot welds 1013 are coated with a refractory cement 1033 deposited on the outer face 1034 of the hot source wall 1030. The cement 1033 electrically isolates the hot welds 1013 from each other.
Les thermocouples 101 sont organisés par exemple en nappe s'étendant dans des plans axiaux, plusieurs nappes étant disposées régulièrement réparties entre les cloisons 1031. Les thermocouples 101 d'une même nappe sont par exemple connectés en série, comme montré sur la figure 2, en réalisant une connexion 102 entre le deuxième fil 1012 d'un thermocouple et le premier fil 1011 du thermocouple suivant. Les nappes peuvent être connectées entre elles en série ou en parallèle. Les connexions 102 sont enrobées d'un ciment 1035 déposé sur la face intérieure de la paroi de source froide 14. Le ciment 1035 isole électriquement les connexions 102 entre elles. The thermocouples 101 are organized, for example, in sheets extending in axial planes, several sheets being regularly distributed between the partitions 1031. The thermocouples 101 of the same sheet are for example connected in series, as shown in FIG. by making a connection 102 between the second wire 1012 of a thermocouple and the first wire 1011 of the next thermocouple. The sheets may be connected together in series or in parallel. The connections 102 are coated with a cement 1035 deposited on the inner face of the cold source wall 14. The cement 1035 electrically isolates the connections 102 from one another.
De l'air est guidé par le pavillon 1032 dans l'espace entre la paroi de source chaude 1030 et la paroi de source froide 14. Du fait de la différence de température entre la paroi de la source chaude 1030 et la paroi de la source froide 14, une tension, appelée aussi force électromotrice, apparaît aux bornes de chaque thermocouple 101. Comme les thermocouples 101 sont connectés en série, les forces électromotrices s'additionnent et on mesure une tension Vji entre le premier et le dernier thermocouple de la série. Plusieurs séries telles que celle décrite précédemment peuvent être connectées entre elles en parallèle afin d'obtenir une puissance importante. A titre d'exemple, avec une source chaude à 500 C, une source froide à 100 C et 856 thermocouples de type E en série, on peut produire 45 W sous 12V. Dans un deuxième mode de réalisation du générateur 10', représenté sur les figures 5 et 6, la structure de ce dernier est intégrée à la tubulure 4 et réalisée par assemblage mécano-soudé. Le générateur 10' n'est pas séparé en secteurs mais est d'un seul tenant avec la tubulure 4. Les thermocouples sont fixés de la même manière que dans le premier mode de réalisation. L'accumulateur 11 peut être un accumulateur auxiliaire ou l'accumulateur principal. Il peut être d'un type classique parmi ceux que l'on peut trouver à bord d'un véhicule. Il comporte éventuellement une électronique de gestion de la charge. Dans chacun de ces exemples, le système de régulation 1 peut comporter au moins une sonde de température, non représentée, pour mesurer la température de l'habitacle. Les moyens de régulation 12 reçoivent cette information de température et pilotent l'alimentation électrique des résistances 13 de manière classique pour obtenir une température de consigne de l'habitacle définie par l'utilisateur. Ainsi, lorsque le moteur à combustion interne 2 du véhicule fonctionne il génère des gaz d'échappement chaud qui sont évacués par une tubulure d'échappement 4. Le générateur 10 décrit ci-dessus convertie la chaleur des gaz d'échappement en énergie électrique qui est stockée dans l'accumulateur 11. Lorsqu'une consigne de chauffage de l'habitacle est donnée, l'élément de chauffage 13, alimenté en énergie électrique fournie par l'accumulateur 11, permet de réchauffer rapidement l'air de l'habitacle. Cet élément de chauffage électrique 13 n'étant pas lié à la chaleur fournie par le moteur 2, le chauffage de l'habitacle peut avantageusement fonctionner lorsque le moteur 2 ne produit pas ou pas assez de chaleur comme à l'arrêt ou au démarrage. De plus, ce système permet avantageusement de limiter les pertes d'énergie et lutter contre la pollution, en convertissant une partie de la chaleur inutilisée des gaz d'échappement en énergie électrique stockée, pour être ensuite disponible à tout moment par différents éléments électriques du véhicule dont l'élément de chauffage 13. Air is guided by horn 1032 into the space between the hot source wall 1030 and the cold source wall 14. Because of the temperature difference between the wall of the hot source 1030 and the wall of the source 14, a voltage, also called electromotive force, appears at the terminals of each thermocouple 101. As the thermocouples 101 are connected in series, the electromotive forces add up and a voltage Vji is measured between the first and the last thermocouple of the series. . Several series such as that described above can be connected together in parallel to obtain a large power. For example, with a hot source at 500 C, a cold source at 100 C and 856 type E thermocouples in series, can produce 45 W at 12V. In a second embodiment of the generator 10 ', shown in Figures 5 and 6, the structure of the latter is integrated with the tubing 4 and made by welded assembly. The generator 10 'is not separated in sectors but is in one piece with the tubing 4. The thermocouples are fixed in the same way as in the first embodiment. The accumulator 11 may be an auxiliary accumulator or the main accumulator. It can be of a classic type among those that can be found in a vehicle. It may include load management electronics. In each of these examples, the regulation system 1 may comprise at least one temperature sensor, not shown, for measuring the temperature of the passenger compartment. The regulation means 12 receive this temperature information and drive the power supply of the resistors 13 in a conventional manner to obtain a set user defined temperature of the passenger compartment. Thus, when the internal combustion engine 2 of the vehicle is operating, it generates hot exhaust gases which are discharged through an exhaust pipe 4. The generator 10 described above converts the heat of the exhaust gases into electrical energy which is stored in the accumulator 11. When a cabin heating setpoint is given, the heating element 13, supplied with electrical energy supplied by the accumulator 11, allows the cabin air to be rapidly heated up. . Since this electric heating element 13 is not linked to the heat supplied by the engine 2, the heating of the passenger compartment can advantageously operate when the engine 2 does not produce enough heat or when it stops or starts. In addition, this system advantageously makes it possible to limit energy losses and to fight against pollution, by converting part of the unused heat of the exhaust gases into stored electrical energy, and then to be available at any time by different electrical components of the system. vehicle including heating element 13.