Brevet FR2841299A1 — publié le 20031226

I'admission soit compris entre 5 et 20. v 2841 299 La presente invention concerne un module pour la regulation thermique de carburant destine a un moteur thermique de vehicule automobile et un dispositif d'alimentation en carburant muni de ce module. On conna'At deja dans l'etat de la technique, notamment d'apres EP-A-0 304 742, un module pour la regulation thermique de carburant destine a un moteur thermique de vehicule automobile, du type comprenant: - deux entrees de carburant appelees entrees de module froide et chaude, - une sortie de carburant appelee sortie de module, - des moyens de filtration de carburant munis d'au moins une entree de carburant raccordee a ['entree de module froide et d'une sortie de carburant raccordee a la sortie de module, - des moyens de refroidissement de carburant comprenant un echangeur thermique carburanVfluide refrigerant, et - des moyens de raccordement de ['entree de module chaude a une entree de carburant de l'echangeur. Dans EP-A-0 304 742, le moteur thermique est du type Diesel a injection. II est connu d'alimenter en carburant un moteur thermique du type Diesel a injection au moyen d'un dispositif comprenant: - une rampe d'injection de carburant, commune a plusieurs injecteurs, - un pompe d'alimentation de carburant, notamment du type a haute ou tres haute pression, refoulant le carburant vers la rampe d'injection, et - des moyens formant collecteur de retour de carburant provenant de la pom pe ou de la ram pe d'i njecti on. Dans EP-A-0 304 742, la sortie de module est raccordee a ['aspiration de la pompe. Les moyens formant collecteur de retour de carburant vent raccordds a ['entree chaude de module. Dans le cas d'un moteur a injection, la temperature du carburant recycle dans le collecteur de retour de carburant est generalement tres elevee. On souhaite habituellement que la temperature du carburant recycle via le collecteur de retour ne depasse pas environ 110 C. On souhaite egalement que la temperature du carburant dans le reservoir ne depasse pas 80 C. II en est de meme pour la temperature du carburant a ['aspiration de la pompe haute ou tres haute pression. Pour tenir compte de ces contraintes, dans EP-A-0 304 742, le carburant recycle est refroidi par les moyens de refroidissement raccordes au collecteur de retour par l'intermediaire de ['entree chaude du module. Ces moyens de refroidissement comprennent une echangeur thermique carburant/air dont la sortie de carburant est 2841 299 -2 raccordee au reservoir. Selon l'enseignement de EP-A-0 304 742, il est done necessaire de prevoir des moyens d'acheminement du carburant sortant de l'echangeur thermique carburantlair vers le reservoir. On observe cependant, dans certaines conditions de fonctionnement du moteur thermique, que, malgre la presence des moyens de refroidissement raccordes au collecteur de retour, la temperature du carburant recycle renvoye dans le reservoir est superieure a la temperature maximale generalement admise a ['aspiration de la pompe d'alimentation de carburant. Par ailleurs, EP-A-0 304 742 enseigne, pour le bon fonctionnement du dispositif d'alimentation de carburant en saison froide (temperature exterieure du vehicule relativement basse, par exemple comprise entre -40 et-30 C), de rechauffer le carburant circulant dans les moyens de filtration a ['aide de carburant provenant de la pompe. L'invention a pour but de proposer un module pour la regulation thermique de carburant (refroidissement du carburant circulant dans le collecteur de retour, chauffage du carburant circulant dans les moyens de filtration) dont la structure soit optimisee de fa,con notamment a pouvoir regrouper les moyens de regulation dans un ensemble pre assemble, le fonctionnement de ce module etant par ailleurs facile a automatiser. A cet effet, I'invention a pour objet un module pour la regulation thermique de carburant destine a un moteur thermique de vehicule automobile, du type precise, caracterise en ce qu'il comprend des moyens de raccordement d'une sortie de carburant de l'echangeur thermique a une entree de carburant des moyens de filtration. Suivant des caracteristiques de differents modes de realisation de ce module: - le fluide refrigerant est choisi parmi: À un liquide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement du moteur, notamment un circuit de refroidissement basse temperature, À un liquide caloporteur refroidi par une pompe a chaleur destinee notamment a la climatisation d'un habitacle du vehicule et À un fluide frigorigene de pompe a chaleur; - les moyens de raccordement de ['entree de module chaude a ['entree de carburant de l'echangeur thermique assurent un raccordement permanent entre ['entree de module chaude et ['entree de carburant de l'echangeur thermique; - le module comprend des moyens de raccordement de l'echangeur thermique a un circuit de fluide refrigerant comprenant une vanne de fluide refrigerant susceptible d'adopter au moins deux etats respectivement de raccordement de l'echangeur thermique et du circuit de fluide refrigerant i 2841299 entre eux et d'isolation de liechangeur thermique vis a vis du circuit de fluide refrigerant; - les moyens de raccordement de ['entree de module chaude a ['entree de carburant de l'echangeur thermique comprennent une vanne de carburant susceptible d'adopter au moins deux etats de raccordement de 1'entree de module chaude a, selectivement, I'entree de carburant de l'echangeur thermique et des moyens de derivation de cet echangeur thermique; - la vanne est pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi: À des parametres thermiques tels que la temperature du carburant relevee de preference en amont ou en aval des moyens de filtration, la temperature du fluide refrigerant, la temperature exterieure au vehicule, et À des parametres caracterisant le fonctionnement du moteur tels que le regime du moteur, la charge du moteur, la pression du carburant dans une rampe d'injection disposee en aval de la sortie de module; - la vanne de carburant est pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi des parametres thermiques comprenant egalement la temperature du carburant relevee en amont de la vanne de carburant; - I'entree de module froide et la sortie de carburant de l'echangeur thermique vent raccordees a une meme entree de carburant des moyens de filtration; - le module forme un ensemble pre-assemble destine a etre monte dans un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur thermique de vehicule automobile. L'invention a egalement pour objet un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur thermique de vehicule automobile du type a injection de carburant, ce dispositif comprenant: - un reservoir de carburant, - une rampe d'injection de carburant, - un pompe d'alimentation de carburant refoulant le carburant vers la rampe d'injection, et - des moyens formant collecteur de retour de carburant provenant de la pompe ou de la rampe dtinjection, caracterise en ce qu'il comprend un module tel que defini ci-dessus, le reservoir etant raccorde a ['entree de module froide, les moyens formant collecteur de retour de carburant etant raccordes a 1'entree de module chaude et la sortie de module etant raccordee a ['aspiration de la pompe. -4 Suivant une autre caracteristique de ce dispositif d'alimentation en carburant, le moteur est de type Diesel. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple et faite en se referent aux dessins dans lesquels: - les figures1 et 2 vent des vues schematiques d'un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur thermique de vehicule automobile, ce dispositif comprenant un module pour la regulation thermique du carburant, selon un premier mode de realisation de ['invention, dans deux configurations de fonctionnement respectivement; les figure3 et 4 vent des vues similaires aux figures 1 et 2 representant un module pour la regulation thermique de carburant, selon un second mode de realisation de ['invention, dans deux configurations de fonctionnement respectivement. On a represente sur les figures 1 et 2 un dispositif 10 d'alimentation en carburant d'un moteur thermique a injection 12 de vehicule automobile. Dans l'exemple illustre, le moteur 12 est de type Diesel. Le dispositif 10 selon ['invention comprend, de facon classique, un reservoir 14 de carburant, une rampe 16 d'injection de carburant, commune a plusieurs injecteurs 18, une pompe 20 d'alimentation de carburant refoulant le carburant vers la rampe d'injection 16, et des moyens 22 formant un coliecteur de retour de carburant provenant de la pompe 20 ou de la rampe d'injection 18. On notera que la pompe 20 est de type a haute pression ou tres haute pression. On a egalement represente sur les figures 1 et 2 un circuit 24 de refroidissement du moteur 12 dans lequel circule un liquide caloporteur classique comprenant, par exemple, un melange d'eau et d'antigel. Le liquide caloporteur est entrane dans le circuit de refroidissement 24 au moyen d'une pompe classique 26. Le circuit de refroidissement 24 comprend une premiere branche 28 traversant un premier echangeur thermique 30 liquide caloporteur/fluide refrigerant, et une seconde branche 32 traversant un second echangeur thermique 34 liquide caloporteur/fluide refrigerant basse temperature. Cette seconde branche 32 sera appelee par la suite >. Le fluide refrigerant en echange thermique avec le liquide caloporteur circulant dans le premier echangeur 30 est par exemple de ['air. Le fluide refrigerant basse temperature en echange thermique avec le liquide caloporteur dans le second echangeur 2841 299 -5 34 est par exemple un fluide frigorigene de pompe a chaleur, de type classique, tel qu'un derive chlore et fluore du methane ou de l'ethane (Freon), de ['ammoniac, du dioxyde de carbone, etc. Le dispositif 10 represente sur les figures 1 et 2 comprend un module, selon un premier mode de realisation de ['invention, pour la regulation thermique du carburant alimentant le moteur 12. Ce module, designe par la reference 36, est delimite sur les figures 1 et 2 par un trait interrompu. Le module 36 comprend une premiere entree de carburant, appelee entree de module froide 38. Le reservoir 14 est raccorde a cette entree froide 38 a ['aide de moyens classiques. Le module 36 comprend egalement une seconde entree de carburant, appelee entree de module chaude 40. Le collecteur 22 de retour de carburant est raccorde a cette entree chaude 40 a ['aide de moyens classiques. Le module 36 comprend encore une sortie de carburant, appelee sortie de module 41, raccordee a ['aspiration de la pompe 20. Des moyens classiques 42 de filtration de carburant vent integres dans module 36. Ces moyens 42 vent munis d'une entree de carburant 44, raccordee a ['entree froide 38, et d'une sortie de carburant 46, raccordee a la sortie de module 41. Des moyens de refroidissement de carburant vent egalement integres dans module 36. Ces moyens de refroidissement comprennent un echangeur thermique 48 carburant/fluide refrigerant. L'entree de module chaude 40 est raccordee a une entree de carburant 50 de l'echangeur 48 a ['aide de moyens 52. Dans le module 36 selon le premier mode de realisation de ['invention, les moyens de raccordement 52, comprenant par exemple un conduit classique, assurent un raccordement permanent entre ['entree chaude 40 et ['entree de carburant 50 de l'echangeur 48. Conformement a ['invention, le module 36 comprend des moyens 54 de raccordement d'une sortie de carburant 56 de l'echangeur 48 a ['entree de carburant 44 des moyens de filtration 42. Dans le mode de realisation illustre sur les figures 1 et 2, le fluide refrigerant en echange thermique avec le carburant dans l'echangeur 48 est le liquide caloporteur circulant dans la branche basse temperature 32 du circuit de refroidissement du moteur 12. En effet, le module 36 selon le premier mode de realisation de i'invention, comprend des moyens 58 de raccordement de l'echangeur thermique 48 a la branche basse temperature 32 du circuit de refroidissement 24. Ces moyens de raccordement 58 2841 299 -6 comprennent une vanne 60 de liquide caloporteur susceptible d'adopter au moins deux etats respectivement, un etat ouvert de raccordement de l'echangeur thermique 48 et de la branche basse temperature 32 entre eux et un etat ferme d'isolation de l'echangeur thermique 48 vis-a-vis de cette branche basse temperature 32. De preference, la vanne 60 de liquide caloporteur est pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi: - des parametres thermiques tels que la temperature du carburant relevee en amont ou en aval des moyens de filtration 42, la temperature du liquide caloporteur circulant dans la branche basse temperature 32, la temperature exterieure au vehicule, etc., et - des parametres caracterisant le fonctionnement du moteur 12 tels que le regime du moteur 12, la charge du moteur 12, la pression du carburant dans la rampe d'injection 16, etc. Dans l'exemple illustre sur les figures 1 et 2, la vanne 60 est thermostatee de fa,con a etre pilotee en fonction de la temperature du carburant relevee en amont des moyens de filtration 42, par exemple au moyen d'un capteur 62 agence dans le module 36, plus particulierement dans les moyens 54 de raccordement de la sortie de carburant 56 de l'echangeur a ['entree de carburant 44 des moyens de filtration 42. On notera que le liquide caloporteur de la branche 32 basse temperature assure un refroidissement effficace du carburant traversant l'echangeur 48. En variante, le fluide refrigerant circulant dans l'echangeur 48 pourrait etre le liquide caloporteur circulant dans la premiere branche 28 du circuit de refroidissement. Le fluide refrigerant pourrait etre egalement choisi parmi un liquide caloporteur refroidi par une pompe a chaleur destinee notamment a la climatisation d'un habitacle du vehicule, et un fluide frigorigene de pompe a chaleur equipant le vehicule. On notera que ['entree de module froide 38 et la sortie de carburant 56 de l'echangeur 48 vent raccordees a la meme entree de carburant 44 des moyens de filtration 42. De preference, le module 36 forme un ensemble pre-assemble destine a etre monte dans le dispositif 10 d'alimentation de carburant. Sur la figure 1, on a represente le dispositif 10 d'alimentation en carburant dans une configuration adaptee pour refroidir le carburant recycle par le collecteur de retour 22. En effet, la vanne de liquide caloporteur 60 est dans son etat ouvert permettant la circulation dans l'echangeur 48 du liquide caloporteur provenant de la branche basse temperature 32. L'effficacite du refroidissement du carburant recycle par le 2841 299 -7 liquide caloporteur permet d'abaisser la temperature de ce carburant recycle a une valeur compatible avec la temperature du carburant du reservoir 14, generalement inferieure a C. Sur la figure 2, on a represente le dispositif 10 d'alimentation en carburant dans une configuration adaptee pour rechauffer le carburant traversant les moyens de filtration 42. Cette configuration est appropriee lors du demarrage du vehicule en saison froide. En effet, la vanne de liquide caloporteur 60 est dans son etat ferme isolant l'echangeur 48 de la branche 32 de liquide caloporteur. Le carburant recycle provenant de ['entree de module 40, relativement chaud, se melange, a ['entree des moyens de filtration 42, avec le carburant provenant du reservoir 14, relativement froid, de fa,con que le carburant atteigne une temperature sufffisante a ['aspiration de la pompe 20. Ainsi, dans ies deux configurations illustrees sur les figures 1 et 2, le carburant recycle traverse l'echangeur 48. Toutefois, la circulation du liquide caloporteur dans l'echangeur 48 est pilotee par la vanne 60. Le pilotage de la vanne 60 peut etre facilement automatise et gere par une unite de commande comparant la temperature relevee par le capteur 62 a une valeur de reference predeterminee au-dessus de laquelle la vanne 60 est automatiquement ouverte de facon a autoriser la circulation de liquide caloporteur dans l'echangeur 48. Si, en variante, la vanne 60 est pilotee par des parametres caracterisant le fonctionnement du moteur, tels que ceux evoques plus haut, I'unite de commande de la vanne 60 pourra etre constituee par le calculateur qui est destine classiquement a la gestion de ['injection du carburant dans le moteur 12. Sur les figures 3 et 4, on a represente un dispositif 10 d'alimentation en carburant comportant un module 36 de regulation thermique de carburant selon un second mode de realisation de ['invention. Sur ces figures 3 et 4, les elements analogues a ceux des figures 1 et 2 vent designee par des references identiques. Toutefois, on notera que sur les figures 3 et 4, le moteur 12 et le circuit 24 de refroidissement de ce moteur ne vent pas representes. Dans ce cas, la sortie de carburant 56 de liechangeur 48 est raccordee a une entree supplementaire de carburant 44S des moyens de filtration 42. Par ailleurs, les moyens 52 de raccordement de ['entree de module chaude 40 a ['entree de carburant 50 de l'echangeur 48 comprennent une vanne de carburant 64 susceptible d'adopter au moins deux etats, a savoir un premier etat de raccordement de ['entree de module chaude 40 a ['entree de carburant 50 de l'echangeur 48 et un second -8 etat de raccordement de ['entree de module chaude 40 a des moyens 66 de derivation de i'echangeur 48. Les moyens de derivation 66 vent destines a raccorder ['entree de module chaude 40 a ['entree supplementaire 44S des moyens de filtration 42, sans passer par l'echangeur 48. La vanne de carburant 64 peut etre pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi les parametres thermiques et les parametres caracterisant le fonctionnement du moteur evoques dans la description ci-dessus du module 36 selon le premier mode de realisation de ['invention. Les parametres thermiques peuvent comprendre egalement la temperature du carburant relevee en amont de la vanne de carburant 64, par exemple au moyen d'un capteur (non represente) place dans le module 36, plus particulierement dans la partie des moyens de raccordement 52 situee entre ['entree de module chaude 40 et la vanne de carburant 64. Le fluide refrigerant destine a refroidir le carburant circulant dans l'echangeur 48 est choisi, de facon analogue au premier mode de realisation du module 36 decrit ci 1 5 dessus, parmi: - un liquide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement du moteur, notamment un circuit de refroidissement basse temperature, - un liquide caloporteur refroidi par une pompe a chaleur destinee notam ment a la cl i matisation d' un habitacle du vehicule, et - un fluide frigorigene de pompe a chaleur equipant le vehicule. Sur la figure 3, on a represente le dispositif 10 d'alimentation de carburant dans une configuration adaptee pour refroidir le carburant recycle par le collecteur de retour 22. En effet, la vanne de carburant 64 est dans son premier etat de raccordement de ['entree de module chaude 40 a ['entree de carburant 50 de l'echangeur 48. Sur la figure 4, on a represente le dispositif 10 d'alimentation en carburant 10 dans une configuration adaptee pour rechauffer le carburant circulant dans les moyens de filtration 42. Cette configuration est appropriee lors du demarrage du vehicule en saison froide. En effet, la vanne de carburant 64 est dans son second etat de raccordement de ['entree de module chaude 40 aux moyens de derivation 66. Le carburant recycle provenant de ['entree de module 40, relativement chaud, se melange, dans les moyens de filtration 42, avec le carburant provenant du reservoir 14, relativement froid, de facon que le carburant atteigne une temperature suffisante a I'aspiration de la pompe 20. 2841 299 g On notera que dans les deux configurations du dispositif 10 representees respectivement sur les figures 3 et 4, le fluide refrigerant est susceptible de circuler en permanence dans l'echangeur 48, la vanne 64 autorisant ou interdisant, selon le cas, le passage du carburant recycle a travers l'echangeur 48. Parmi les avantages de ['invention, on notera que celle-ci permet de s'affranchir de tout moyen de raccordement de la sortie 56 de l'echangeur 48 vers le reservoir 14. De ce fait, la structure du module 36 est optimisee de facon notamment a pouvoir regrouper les moyens de regulation de la temperature du carburant dans un ensemble pre-assemble. Par ailleurs, le changement de configuration de fonctionnement du dispositif d'alimentation de carburant 10 selon ['invention peut etre realise automatiquement par pilotage automatique d'une vanne de fluide refrigerant ou d'une vanne de carburant. Le cas echeant, des moyens de degazage permettant d'evacuer partiellement, voire completement, I'air circulant dans le dispositif 10 (notamment a la suite d'une operation d'entretien ou de maintenance de ce dispositif 10) peuvent etre facilement integres dans les moyens de filtration 42. Le recours a un fluide refrigerant tel qu'un liquide caloporteur ou un fluide frigorigene de pompe a chaleur permet un refroidissement efficace du carburant recycle tout en limitant les dimensions de l'echangeur thermique 48. -10 REVENDICATION$ 1. Module pour la regulation thermique de carburant destine a un moteur thermique de vehicule automobile, du type comprenant: - deux entrees de carburant appelees entrees de module froide (38) et chaude (40), - une sortie de carburant appelee sortie de module (41), - des moyens (42) de filtration de carburant munis d'au moins une entree de carburant (44; 44S) raccordee a ['entree de module froide (38) et d'une sortie de carburant (46) raccordee a la sortie de module (41), - des moyens de refroidissement de carburant comprenant un echangeur thermique (48) carburanVfluide refrigerant, et - des moyens (52) de raccordement de ['entree de module chaude (40) a une entree de carburant (50) de l'echangeur thermique (48), caracterise en ce qu'il comprend des moyens (54) de raccordement d'une sortie de carburant (56) de l'echangeur thermique (48) a une entree de carburant (44; 44S) des moyens de filtration (42). 2. Module selon la revendication 1, caracterise en ce que le fluide refrigerant est choisi parmi: - un liquide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement du moteur, notamment un circuit de refroidissement basse temperature (32), - un liquide caloporteur refroidi par une pompe a chaleur destinee notamment a la cl imati sati on d'un habitacle du vehicule et - un fluide frigorigene de pompe a chaleur. 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que les moyens (52) de raccordement de ['entree de module chaude (40) a ['entree de carburant de l'echangeur thermique (48) assurent un raccordement permanent entre ['entree de module chaude (40) et ['entree de carburant (50) de l'echangeur thermique (48). 4. Module selon la revendication 3, caracterise en ce qu'il comprend des moyens (58) de raccordement de l'echangeur thermique (48) a un circuit (32) de fluide refrigerant comprenant une vanne de fluide refrigerant (60) susceptible d'adopter au moins deux etats respectivement de raccordement de liechangeur thermique (48) et du circuit (32) de fluide refrigerant entre eux et d'isolation de l'echangeur thermique (48) vis a vis du circuit (32) de fluide refrigerant. 5. Module selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que les moyens (52) de raccordement de lientree de module chaude (40) a ['entree de carburant (50) de I'echangeur thermique (48) comprennent une vanne de carburant (64) susceptible d'adopter au moins deux etats de raccordement de ['entree de module chaude (40) a, selectivement, I'entree de carburant (50) de l'echangeur thermique (48) et des moyens (66) de derivation de cet echangeur thermique (48). 6. Module selon la revendication 4 ou 5, caracterise en ce que la vanne (60; 64) est pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi: des parametres thermiques tels que la temperature du carburant relevee de preference en amont ou en aval des moyens de filtration (42), la temperature du fluide refrigerant, la temperature exterieure au vehicule, et - des parametres caracterisant le fonctionnement du moteur (12) tels que le regime du moteur, la charge du moteur, la pression du carburant dans une rampe d'injection (16) disposee en aval de la sortie de module (41). 7. Module selon les revendications 5 et 6 prises ensemble, caracterise en ce que la vanne de carburant (64) est pilotee en fonction d'au moins un parametre choisi parmi des parametres thermiques comprenant egalement la temperature du carburant relevee en amont de la vanne de carburant (64). 8. Module selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que ['entree de module froide (38) et la sortie de carburant (56) de l'echangeur thermique (48) vent raccordees a une meme entree de carburant (44) des moyens de filtration (42). 9. Module selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il forme un ensemble pre-assemble destine a etre monte dans un dispositif (10) d'alimentation en carburant d'un moteur thermique (12) de vehicule automobile. 10. Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur thermique (12) de vehicule automobile du type a injection de carburant, ce dispositif comprenant: - un reservoir (14) de carburant, - une rampe (16) d'injection de carburant, - un pompe (20) d'alimentation de carburant refoulant le carburant vers la rampe d'injection (16), et - des moyens formant collecteur (22) de retour de carburant provenant de la pompe (20) ou de la rampe d'injection (16), caracterise en ce qu'il comprend un module (36) selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, le reservoir (14) etant raccorde a lientree de module froide (38), les moyens formant collecteur (22) de retour de carburant etant raccordes a ['entree de module chaude (40) et la sortie de module (41) etant raccordee a ['aspiration de la pompe (20). 2841 299 -12 11. Dispositif selon la revendication 10, caracterise en ce que le moteur (12)