Brevet FR2566462A1 — publié le 19851227

i Dispositif électrique de chauffage de carburant La présente invention concerne un dispositif élec- trique de chauffage de carburant destiné à chauffer le car- burant s'écoulant dans le système d'alimentation en carbu- rant d'un moteur. combustion interne, afin de minimiser le risque de gel de fractions du carburant par temps froid. Il est opportun de configurer le dispositif de chauffage de carburant sous une forme telle qu'il puisse être incorporé dans un système d'alimentation en carburant existant, et il est particulièrement opportun de concevoir et réaliser le dispositif de chauffage de manière telle qu' il puisse être inséré entre le bâti et l'élément de trai- tement du carburant d'une unité de traitement du carburant. L'invention a pour objectif de fournir un dispo- sitif de chauffage de carburant du type spécifié plus haut sous une forme simple et opportune. Le dispositif de chauffage électrique de carburant de l'invention comprend un élément de support en forme de cuvette, une ouverture centrale délimitée dans la paroi de fond de l'élément de support, une lèvre en saillie entou- rant l'ouverture -l'élément de support et la lèvre délimi- tant une chambre annulaire de chauffage du carburant-, une plaque déflectrice annulaire s'étendant au-dessus de la chambre, des ouvertures d'écoulement communicant avec l'ex- térieure de la chambre -le carburant qui s'écoule dans la chambre étant dirigé à côté de la paroi de fondde l'élément de support-, et un élément chauffant électrique disposé dans la chambre, élément qui est traversé par un ou plu- sieurs passages d'écoulement qui s'étendent sensiblement à angles droits de la paroi de fond de l'élément de support, cet élément chauffant étant placé à distance de la paroi de fondet de la plaque déflectrice, un élément tubulaire étant fixé ou formé sur la périphérie interne de la plaque déflectrice, élément tubulaire qui s'étend à l'intérieur et à distance de la lèvre en saillie, et le carburant étant chauffé tandis qu'il s'élève à travers le ou les passages et qu'il s'écoule hors de la chambre, par l'espace défini entre l'élément tubulaire et la lèvre. La description qui suit explicite l'invention à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé dans lequel: Figure 1 est une vue en élévation de côté avec coupe verticale d'un exemple de dispositif de chauffage de carburant selon l'invention, présenté en position entre un bâti et un dispositif de traitement de carburant; Figure 2 est une vue similaire à figure 1, présen- tant un autre exemple du dispositif de chauffage; Figure 3 est une vue en plan de l'élément chauf- fant du dispositif de chauffage de figure 2, et Figure 3 est une vue en élévation de côté avec coupe verticale d'un autre exemple de dispositif de chauffa- ge de carburant. Sur la figure 1, le dispositif de chauffage de carburant, globalement désigné par (10), est pris en sand- wich entre un bâti globalement désigné.par (11) et un dis- positif de traitement du carburant qui, dans cet exemple particulier, est présenté sous la forme d'un élément fil- trant (12). Ces trois éléments sont assemblés à l'aide d'un boulon traversant désigné par (11A) sur la figure 2. Le dispositif de traitement peut également consister en ce qu' on appelle une chambre de sédimentation7 dans laquelle s'é- coule le carburant, les impuretés et l'eau en étant sépa- rées par sédimentation. Le bâti comprend des brides (13) qui permettent de le monter sur une structure de support, et il présente un rebord annulaire (14) sur le côté inférieur duquel est for- mé un évidement destiné à recevoir un élément d'étanchéité. Le bâti comporte une chambre d'admission (15) qui communique avec un orifice d'admission de carburant (16) qui, lors du fonctionnement, est relié à une source d'alimentation en carburant. En outre, le bâti présente un tourillon tubulaire central (17) dont l'intérieur est relié à un orifice de sor- tie de carburant (18). Lors du fonctionnement, le carburant s'écoule de l'orifice d'admission (16) à l'orifice de sortie (18), sous l'action d'une pompe à carburant qui peut 8tre positionnée en amont comme en aval du dispositif de trai- tement. Le dispositif de chauffage de carburant (10) com- porte un élément de support (19) en forme de cuvette; l'ex- trémité supérieure de la paroi de l'élément de support (19) est prévue pour se positionner contre le joint d'étanchéité logé dans le rebord (14). En outre, un évidement est formé dans la paroi inférieure de l'élément de support; cet évi- dement reçoit un autre joint d'étanchéité qui assure une fermeture étanche entre l'élément en forme de cuvette et le récipient (20) de l'élément filtrant. La paroi de fond(21) de l'élément de support défi- nit une ouverture centrale autour de laquelle est formée une lèvre en saillie (22), et la lèvre et la paroi latéra- le de l'élément de support délimitent conjointement une chambre de chauffage de carburant (23). A l'intérieur de la chambre, on a disposé un élément chauffant électrique (24) enroulé en spiraie. Cet élément présente, de préférence, une section rectangulaire, et il est constitué d'un matériau polymère électroconducteur ayant un coefficient de résis- tance thermique positif non-linéaire. Les longs côtés de l'élément s'étendent verticalement, et le bord inférieur de l'élément est espacé de la paroi de fond (21) de- 1'élé- ment de support par de minces supports radiaux d'isolation électrique (non figurés) qui servent également à espacer entre elles les spires de l'élément chauffant. Le dispositif de chauffage comporte également une plaque déflectrice (25) qui est de forme annulaire et qui s'incline- vers le bas en direction de sa périphérie exté- rieure. La surface extérieure de la plaque déflectrice est espacé de la paroi adjacente de l'élément de support par des saillies; sur sa périphérie intérieure, la plaque dé- flectrice est assemblée à un élément tubulaire (26), de - préférence solidaire de la plaque, dont la surface extérieu- re est distante de la surface intérieure de la lèvre (22). La surface intérieure de l'élément (26) est en contact avec un élément d'étanchéité annulaire (27) porté par le touril- lon (17). L'élément tubulaire (26) est solidaire d'un tou- rillon creux (28) qui, de la même manière que le tourillon (17), est doté d'un joint d'étanchéité périphérique qui forme un joint étanche avec un élément tubulaire central (29) solidaire de l'élément filtrant. Afin de positionner l'élément tubulaire (26) à l'intérieure de la lèvre (22), il peut être doté de nervures axiales autorisant le passage du carburant, d'autres nervures étants prévues sur l'extré- mité supérieure du tourillon (28) afin de -le positionner contre le tourillon (17). Le bord supérieur de l'élément chauffant (24) est espacé de la surface inférieure de la plaque déflectrice (25) par des support radiaux (non figurés) L'élément filtrant situé entre le récipient (20) et l'élément tubulaire (29) présente un milieu filtrant (30) qui consiste de préférence en du papier plissé. Lors du fonctionnement, du carburant s'écoulant par le conduit d'admission (16) pénètre dans la chambre (15) et descend au-dessus de la surface supérieure de la plaque déflectrice (25) pour tomber par les encoches (31) définies entre le bord de la plaque déflectrice et la paroi extérieu- re de l'élément de support. Le carburant poursuit son mou- vement vers le bas jusqu'à ce qu'il rencontre la paroi de fond de l'élément de support. IL a alors tendance à s'écou- ler horizontalement le long de l'espace délimité conjointe- ment par la paroi de fordet par le bord inférieur de l'élé- ment chauffant. Tandis que le carburant est chauffé par 1' élément chauffant, il s'écoule vers le haut, aidé par l'ef- fet de convection à travers un passage d'écoulement défini entre les spires-de l'élément chauffant, pour aller dans la partie supérieure de la chambre (23), o il est guidé par la surface inférieure de la plaque déflectrice dans le jeu ménagé entre la lèvre (22) et l'élément tubulaire (26). Il est alors forcé à s'écouler vers le bas pour aller dans l'élément filtrant (12), o il s'écoule d'abord à travers le milieu filtrant (30), puis vers le haut à travers l'élé- ment tubulaire (29), les tourillons (28) et (17), pour at- teindre l'orifice de sortie (18). En configurant de la sor- te le schéma d'écoulement, le carburant chauffé s'écoule vers le haut dans la chambre (23), toutes les parties de l'élément chauffant sont refroidies par le carburant froid, et l'on obtient un effet de chauffage du carburant maximal. L'éventualité que des parties de l'élément chauffant devien- nent exagérément chaudes, et donc réduisent le passage du courant à travers l'élément chauffant, est minimisée. En pratique, le carburant s'écoulant dans l'ori- fice d'admission (16) contient de l'eau ainsi que de l'air. L'eau peut s'écouler directement de la chambre (23) vers le milieu. filtrant par l'intermédiaire d'ouvertures (32) formées dans la paroi de fond (21) de l'élément de support L'accumulation d'air dans la chambre (23) est minimisée par un petit orifice (33) prévu dans la plaque déflectrice (25) et menant à la chambre (15), cette chambre (15) pouvant être munie d'un petit évent pour l'éventer vers l'orifice de sor- tie (18). La figure 2 présente une unité de traitement du carburant comprenant le dispositif de chauffage globalement désigné par la référence (10), qui est pris en sandwich entre unbâti (11) et l'extrémité supérieure d'un élément filtrant (12). L'extrémité inférieure de l'élément filtrant s'engage dans un obturateur final (35), et l'ensemble est maintenu assemblé par le bouton traversant (11A). Le corps présente un rebord annulaire (14) sur le côté inférieur du- quel est formé un évidement destiné à recevoir un élément d'étanchéité. Le bâti comporte une chambre d'admission (15) qui communique avec un orifice d'admission de carburant (16) qui, lors du fonctionnement, est relié à une source d'alimentation en carburant. En outre, le bâti présente un tourillon tubulaire central (17) à travers lequel s'étend, avec jeu, le boulon de montage (11A), l'intérieur du touril- lon étant relié à un orifice de sortie (18). Le dispositif de chauffage du carburant (10) com- prend un corps (37) en forme de cuvette, dont la paroi an- nulaire est conçue comme un moulage d'un matériau adéquat résistant au carburant tel que par exemple du NYLON chargé de verre ou de matières minérales. Le corps présente un rebord externe supérieur destiné à s'engager avec le joint d'étanchéité porté par le bâti; le corps présente égale- ment un évidement inférieur qui porte un élément d'étanché- ité qui s'engage avec un rebord de l'élément filtrant. A son extrémité supérieure, le corps (37) présen- te un rebord annulaire intérieur en saillie (38), auquel est fixée la surface périphérique extérieure d'un plaque déflec- trice annulaire (39). A son extrémité intérieure, la plaque déflectrice est reliée à un élément tubulaire (26) qui mène dans un tourillon (28).Lestcurillons (17) et (28) pré- sentent chacun des rainures qui logent des éléments d'étan- chéité, ce qui permet d'établir un joint étanche au carbu- rant entre l'élément tubulaire (26) et le tourillon (17), ainsi qu'entre un élément tubulaire intérieur du filtre et le tourillon '(28). Le corps annulaire (37) est doté d'une pluralité d'ouvertures d'écoulement (40) angulairement espacées, à travers lesquelles lors du fonctionnement, le carburant peut s'écouler de lachambre d'admission (15) dans une cham- bre de chauffage de carburant (23). La paroi inférieure du corps de support et de la chambre (23) est délimitée par une section de paroi de fond annulaire (41), dont la surfa- ce périphérique externe est fixée au moulage constituant la paroi du corps. Par sa surface intérieure, la section de paroi de fond rejoint une section tubulaire (42) qui s'é- tend vers le haut en direction de la plaque déflectrice (39). La section tubulaire (42) est espacée de l'élément (26); lors du fonctionnement, le carburant chauffé qui se trouve dans la partie supérieure de la chambre de chauffage (23) peut s'écouler à travers cet espace pour aller dans l'élé- ment filtrant. A l'intérieur de la chambre de chauffage (23) se trouve un élément filtrant (43). L'élément (43) est conçu comme un sous-ensemble qui est incorporé dans le corps (37) au cours du processus de moulage du corps. La figure 3 montre l'élément chauffant tel qu'il se présente avant l'opération de moulage: il comporte une structure en nid d'abeilles (44) réalisée en un matériau céramique ayant un coefficient de résistance thermique positif. Après moulage et séchage au four, le matériau céramique est enduit, sur la totalité de ses surfaces d'extrémité, d'un matériau con- ducteur tel que laiton ou aluminium, à la suite de quoi des plaques d'extrémités annulaires (45) sont fixées sur la structure par soudage ou brasage. Les plaques (45) sont respectivement dotées de barrettes à bornes (46). Comme on l'a indiqué précédemment, l'élément chauffant est moulé dansle corps (37) après quelesbornes (47) aient été respec- tivement reliées aux plaques (45). Le matériau céramique est enduit d'un revêtement résistant au carburant, par exemple éthylène-propylène fluoré, de sorte que-tout contact entre le carburant et le matériau céramique est empêché. Lors du fonctionnement, du carburant froid s'écou- le à travers les ouvertures (40) dans la partie inférieure de la chambre de chauffage (23); le carburant s'écoule en- suite vers le haut, aidé par l'effet de convection, par les passages d'écoulement définis par la structure en nid d'a- beilles, pour aller dans la partie supérieurede la chambre de chauffage. Au cours de son passage à travers la struc- ture en nid d'abeilles, le carburant est chauffé, et le carburant chauffé s'écoule entre la section tubulaire (42) et l'élément (26) pour aller dans le filtre à carburant. Afin d'empêcher l'accumulation d'air dans la partie supérieure de la chambre de chauffage, une ou plu- sieurs petites ouvertures peuvent être prévues dans la pla- que déflectrice (39). Au lieu de former l'élément chauffant en un maté- riau en nid d'abeilles de forme annulaire, il peut également comprendre une pluralité de sections de matériau en nid d'abeilles montées sur des plaques de support ajourées. La figure 4 présente un dispositif de chauffage de carburant qui est destiné à être inséré dansune conduite de carburant, et qui comprend une paire demoitiés de boîtier (50) qui sont des pièces coulées identiques qui peuvent être fixées ensemble au moyen d'un boulon (51). Chaque moi- tié de bottier présente une partie centrale cylindrique (52) à travers laquelle passe le boulon, les deux parties (52) étant maintenues en engagement bout-à-bout par le boulon. Un élément d'étanchéité annulaire (53) est positionné dans les faces présentées pour assemblage des parties (52), afin d'empêcher la fuite de carburant par les ouvertures du boulon. Chaque moitié de boîtier présente un rebord annu- laire (54), les deux rebords (54) étant distants l'un de l'autre. Les rebords (54) s'engagent dans et maintiennent en position la paroi annulaireextérieure (55) d'un élément de support qui est solidaire sur un c8té d'une paroi annu- laire (56) placée perpendiculairement à la paroi (55). La paroi (55) présente, à proximité de son extrémité extérieu- re, un évidement dans lequel est logé un élément d'étanché- ité (57), et le rebord de la paroi (55) se positionne con- tre un élément d'étanchéité (58) logé dans un évidement de la moitié du boîtier. Le rebord de l'autre moitié du boîtier (50) est engagé avecl'élément d'étanchéité (57); lorsque le boulon (51) est serré, on obtient une fermeture étanche au carburant. Chaque moitié de boîtier délimite un passage de carburant fileté. Le passage (59) qui se trouve dans la moi- tié de boîtier (50) de gauche constitue un orifice d'admis- sion de carburant, et le passage (60) de la moitié de boî- tier de droite, un orifice de sortie du carburant. Le car- burant oui s'écoule à travers l'orifice d'entrée (59) s'é- coule dans un espace (61) défini entre la partie de boîtier et la paroi (56) de l'élément de support; comme ce carbu- rant est froid, il est amené dans la partie inférieure de la chambre de.chauffage annulaire (62) -définie par la moi- tié de boîtier de droite et l'élément de support-, à travers une ouverture (63) formée dans la paroi (56). Le passage de sortie (60) est directement relié à la chambre de chauf- fage, et il est prévu qu'en cours de fonctionnement l'ouver- ture (63) se trouve verticalement en-dessous du passage de sortie (60). A l'intérieur de la chambre de chauffage, on a monté un élément chauffant (64) enroulé en spirale, dont les spires sont espacées; cet élément est réalisé dans le mê- me matériau que celui de la figure 1. L'élément est suppor- té par une pluralité de supports disposés radialement, qui sont formés dans un matériau isolant. Les supports sont pla- cés des deux côtés de l'élément, mais disposés en alternan- ce, car si deux support étaient alignés, il entraveraient l'écoulement du carburant. Tandis que le carburant froid s'écoule dans la chambre de chauffage et est chauffé, il s'élève à travers la chambre, et les supports guident le carburant de sorte que toutes les parties de l'élément chauffant sont exposées à un écoulement de carburant froid, ce qui assure leur refroidissement, et minimise leur risque de surchauffe. Une des moitiés de boîtier est dotée d'un bou- chon de purge (65) qui permet d'évacuer l'eau qui s'accumu- le dans la chambre. On remarquera que les éléments de support des exem- ples des figures 1 et 4, de même que les éléments chauffants, ont une structure identique. Dans l'exemple de la figure 1, il est prévu deux orifices de purge (32); dans l'exemple de la figure 4, il est prévu une ouverture (63) pour que le carburant s'écoule dans la chambre de chauffage. L'élément de support à l'état de livraison est doté de deux bouchons éjectables, dont on dépose l'un des deux en fonction du cas d'application. La figure 4 montre également un capteur de tempé- rature (66) qui est maintenu en contact thermique étroit avec la moitié de bottier de droite, et qui est employé pour réguler le fonctionnement de l'élément chauffant. Un capteur similaire peut être employé avec la configuration présentée à la figure 1. Dans une autre version, l'élément chauffant (45) présenté à la figure 2 peut être positionné entre l'élément filtrant (12) et l'obturateur final (35); le sens d'écou- lement du barburant à travers le dispositif de traitement est alors inversé. Dans ce cas, le carburant s'écoulé vers le haut à travers l'élément chauffant, et l'on n'a plus be- soin de la plaque déflectrice (39), ni de l'élément tubu- laire (26) ou encore de la section de paroi de fond annu- laire (41). Une section tubulaire similaire à la section (42) est maintenant nécessaire; cette section-tubulaire est placée à l'intérieur de la partie inférieure du tube (29) de l'élément filtrant, et il y a un espace libre entre le boulon traversant et la section tubulaire, qui permet l'écoulement du carburant. il REVENDICATIONS 1- Dispositif électrique de chauffage de carburant pour chauffer le carburant s'écoulant dans le système d'a- limentation en- carburant d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de support (19) en forme de cuvette, une ouverture centrale délimitée dans la paroi de fond (21) de l'élément de support (.19), une lè- vre en saillie (22) entourant l'ouverture -l'élément de support (19) et la lèvre (22) délimitant une chambre annu-- laire (23) de chauffage de carburant-, une plaque déflectrice annulaire (2.() siétendant au-dessus de la chambre (23), des ouvertures d'écoulement (31) commnunicant avec l'extérieur de la chambre- (23), -le carburant qui s'écoule dans la chambre (23) étant dirigé à côté de la paroi de fond (21) de"i'éémentde support (19), et un élément chauffant électri- que (24) disposé dans la chambre (23), lequel est traversé par un ou plusieurs passages d'écoulement qui s'étendent sensiblement à angles droits de la paroi de fond (21) de l'élément de support (19), cet élément chauffant (24) étant placé à distance de la paroi de fond (21) et de la plaque déflectrice (25) un éé16ment tubulaire (26) étant fixé ou formé sur la périphérie interne de la plaque déflectrice (25), élément tubulaire (26) qui s'étend à l'intérieur et à distance de la lèvre en saillie (22), et le carburant étant chauffé tandis qu'il s'élève à travers le ou les pas- sages et qu'il s'écoule hors de la chambre (23), par l'es- pace défini entre l'élément tubulaire (26) et la lèvre (22). 2- Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé ence que l'élément chauffant (24) est cons- titué d'un matériau ayant un coefficient de résistance ther- mique positif non-linéaire. 3- Dispositif de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément chauffant (24) a une for- me allongée et est enroulé en spirale, un moyen d'écartement étant prévu pour espacer les spires adjacentes afin de for- mer le passage d'écoulement, ce moyen d'écartement servant également à espacer l'élément chauffant (24) de la paroi de fond (21) de l'élément en forme de cuvette (19) et de la surface inférieure de la plaque déflectrice (25). 4- Dispositif de chauffage selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface inférieure de la plaque déflectrice (25) s'in- cline vers le bas et vers l'extérieur en direction de la paroi de fond (21) de l'élément en forme de cuvette (19). - Dispositif de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ouvertures d'écoulement (31) sont définies par des encoches entre le bord extérieur de la plaque déflectrice (25) et la paroi latérale adjacente de l'élément en forme de cuvette (19), la plaque déflectri- ce (25) étant positionné par des millies dont elle est dotée qui s'engagent dans la paroi, chaque encoche étant définie entre deux saillies adjacentes. 6- Dispositif de chauffage selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'élément chauffant (24) com- prend une structure en nid d'abeilles (44) de matériau cé- ramique, le matériau céramique étant enduit d'une couche de matériau résistant au carburant à chauffer. 7- Dispositif de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles (44) est supportée par une paire de plaques électroconductrices espacées (45) qui sont chacune montées avec une barrette à bornes (46), ce qui permet de faire passer un courant électrique à travers la structure (44). - 8- Dispositif de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles (44) a une forme annulaire, et les parties périphériques externes de la structure (44) sont moulées conjointement avec les plaques (45) dans la paroi de l'élément de support (19). 9- Dispositif de chauffage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ouvertures d'écoulement sont définies par des passages (40) formés dans la paroi moulée de l'élément de support (37). - Dispositif de chauffage selon l'une quelcon- - que des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille interne de l'élément tubulaire (26) est telle qu'il peut être positionné autour d'un tourillon correspon- dant (17) formé sur un bâti (11) d'une unité de traitement du carburant, l'élément tubulaire (26) étant prolongé au- delà pour définir un tourillon creux (28) destiné à s'en- gager dans un élément de traitement du carburant solidaire de l'unité de traitement du carburant. 11- Dispositif de chauffage selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce que la paroi du corps de support (37) définit un rebord s'étendant vers le haut, destiné à s'engager, lors du fonctionnement avec un élément d'étan- chéité annulaire porté par le bâti (11), la paroi du corps de support (37) définissant également un évidement annulai- re destiné à recevoir un élément d'étanchéité dans lequel s'engage lors du fonctionnement une partie de l'élément de traitement du carburant. 12- Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de fond (21) de l'élément de support (19) est dotée-d'une ou de plusieurs ouvertures (32) destinées à permettre à l'eau de s'échapper de la chambre de chauffage (23).