Brevet FR2918112A1 — publié le 20090102

Système de régulation thermique pour un moteur à combustion interne. L'invention concerne un système de régulation thermique pour 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. Le moteur est prévu également pour fonctionner dans une plage de température optimale supérieure à la température ambiante. Le moteur comporte pour cela un système de régulation thermique qui régule les échangeurs de chaleur afin de maintenir le moteur autant que possible dans cette plage optimale. Le moteur comporte aussi un système de lubrification qui fait circuler un lubrifiant, par exemple de l'huile, au niveau des organes mécaniques comme des paliers, à l'interface cylindre/piston. L'efficacité du lubrifiant est optimale lorsque celui-ci a une viscosité prédéterminée, qui est atteinte lorsque le lubrifiant est à une température supérieure à un seuil prédéterminé, supérieur à la température ambiante. Lorsque l'huile est à une température inférieure au seuil, sa viscosité est importante et il se produit des pertes par frottement dans le moteur. C'est donc un objectif de l'invention de fournir un système de régulation thermique d'un moteur permettant de limiter les pertes par frottement lors du fonctionnement du moteur. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un système de régulation thermique d'un moteur comportant une tubulure d'échappement pour évacuer des gaz de combustion, et un système de lubrification pour faire circuler de l'huile dans le moteur. Le système de régulation comporte un générateur à effet Seebeck dont une source chaude est la tubulure d'échappement pour générer un courant électrique, un accumulateur électrique pour stocker le courant généré, un dispositif de chauffage pour réchauffer l'huile et des moyens de commande pour fournir du courant de l'accumulateur au dispositif de chauffage. Le système selon l'invention permet de récupérer de l'énergie thermique du moteur et de le fournir à l'huile pour lui permettre d'atteindre rapidement sa température normale de fonctionnement. L'accumulateur permet de stocker l'énergie fournie par le générateur qui peut être de faible puissance, mais qui peut fonctionner durant de longues périodes, et de fournir rapidement cette énergie à l'huile par l'intermédiaire du dispositif de chauffage avec une puissance importante, de l'ordre du kW, sur une courte durée. Du fait que l'huile est réchauffée, par exemple au démarrage à froid du moteur, elle atteint rapidement sa température normale de fonctionnement et donc un degré de viscosité optimal, ce qui réduit la période pendant laquelle les frottements internes au moteur sont importants. De manière particulière, le générateur comporte une source froide refroidie par de l'air. La source froide, qui permet de garantir une différence de température par rapport à la source chaude, est facilement créée en dirigeant un flux d'air vers elle, soit en convection forcée dans une canalisation, soit par l'écoulement de l'air sur une paroi d'un véhicule mû par le moteur. Selon une disposition de réalisation, la source froide comporte 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. Cette disposition permet un agencement compact du générateur. De manière complémentaire, des fils de thermocouples s'étendent radialement et relient la tubulure et la paroi de la source froide. Les fils traversent l'espace dans lequel l'air circule. Selon un perfectionnement, les moyens de canalisation comportent des cloisons dans des plans axiaux. Les cloisons, en plus de servir à la canalisation de l'air dans un sens axial à la tubulure, servent de support à la paroi de la source froide. Selon un mode de réalisation, le générateur comporte un assemblage de secteurs placés autour de la tubulure. Il est ainsi possible d'équiper un véhicule existant avec un tel générateur, sans changer la tubulure. Les secteurs sont assemblés entre eux par des moyens de fixation mécaniques adaptés aux contraintes thermiques. Selon une disposition spécifique, la tubulure d'échappement comporte un filtre à particules en amont du générateur. Lorsque la tubulure comporte un filtre à particules, il est préférable de placer le générateur en aval de celui, d'une part parce que le filtre à particules est susceptible de générer de la chaleur pendant la phase de régénération, et d'autre part pour éviter de perturber le fonctionnement dudit filtre à particules par la modification de la température des gaz d'échappement. Selon un perfectionnement, le générateur comporte des thermocouples de type J ou de type E. Ces thermocouples ont un grand coefficient de Seebeck, ce qui permet d'obtenir une force électromotrice la plus élevée possible pour une différence de température donnée entre la source chaude et la source froide. Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage comporte des résistances électriques. Selon d'autres dispositions, le dispositif de chauffage est placé pour chauffer un réservoir d'huile, une canalisation d'huile et/ou un palier lubrifié. La disposition de dispositif de chauffage est plus ou moins complexe, mais plus efficace lorsque le chauffage peut être réalisé au plus près des organes ou se produit le frottement. De manière particulière, les moyens de commande régulent la température de l'huile à une température de consigne. La régulation de la température de l'huile est suffisante en soi pour obtenir la diminution des frottements au niveau du moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels la figure 1 est une vue schématique d'un système de régulation conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un générateur selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue d'un secteur pour former un générateur de la figure 2 ; 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 la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5 ; les figures 7 à 9 montrent diverses dispositions d'un dispositif de chauffage d'un système selon la figure 1. Un moteur 2 à combustion interne comporte une tubulure d'échappement 4 pour évacuer des gaz de combustion et un système de lubrification, non représenté, pour faire circuler de l'huile dans le moteur 2. La tubulure d'échappement 4 comporte un filtre à particules 40 placé en aval du moteur 2. Un système de régulation 1 thermique du moteur 2 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, en aval du filtre à particules 40 par rapport au flux des gaz d'échappement. L'accumulateur 11 alimente en courant un dispositif de chauffage 13 pour réchauffer l'huile. Des moyens de commande reçoivent en entrée une mesure de la température de l'huile et fournissent du courant de l'accumulateur 11 au dispositif de chauffage 13. Le générateur 10 comporte une source chaude qui est la tubulure d'échappement 4, et une source froide 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. =Ge 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. 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. 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 l0 à 500 C, une source froide à 100 C et 856 thermocouples de type E en série, on peut produire 45 W sous 12 V. Dans un deuxième mode de réalisation du générateur 10', représenté sur les figures 5 et 6, la 15 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 20 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 25 électronique de gestion de la charge. Le dispositif de chauffage 13 comporte par exemple des résistances électriques placées en différents endroits du moteur 2. Dans l'exemple de la figure 7, la résistance est un plongeur 13a baignant 30 dans l'huile contenue dans un réservoir 21 d'huile du moteur 2. Ce plongeur 13a permet de réchauffer toute l'huile contenue dans le réservoir 21. Dans l'exemple de la figure 8, le dispositif de chauffage comporte une conduite chauffante 22, la résistance électrique 13b entourant la section de passage de l'huile. Elle permet de chauffer non pas l'ensemble du volume d'huile, mais uniquement la quantité d'huile qui circule dans la conduite 22, en amont des organes à lubrifier. La figure 9 montre un palier hydrodynamique 23 dans lequel un arbre 230 tourillonne avec un film d'huile 232 interposé entre l'arbre 230 et une cage 231. La cage 231 est mise en température par des résistances chauffantes 13c, ce qui permet d'obtenir un film d'huile 232 à une viscosité qui minimise les pertes par frottement. Dans chacun de ces exemples, le système de régulation 1 comporte au moins une sonde de température, non représentée, pour mesurer la température de l'huile. Les moyens de commande 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'huile, par exemple 120 C. REVENDICATIONS 1. Système de régulation thermique d'un moteur (2) comportant une tubulure d'échappement (4) pour évacuer des gaz de combustion, un système de lubrification pour faire circuler de l'huile dans le moteur (2), caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (10) à effet Seebeck dont une source chaude est la tubulure d'échappement (4) pour générer un courant électrique, un accumulateur (11) électrique pour stocker le courant généré, un dispositif de chauffage (13) pour réchauffer l'huile et des moyens de commande pour fournir du courant de l'accumulateur (11) au dispositif de chauffage (13). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le générateur (10) comporte une source froide (14) refroidie par de l'air. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel la source froide comporte une paroi (14) cylindrique entourant au moins partiellement la tubulure (4) d'échappement, et des moyens de canalisation (1031, 1032) pour faire circuler l'air entre la paroi (14) et la tubulure (4). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel des fils (1011, 1012) de thermocouples (101) s'étendent radialement et relient la tubulure (4) et la paroi de la source froide (14). 5. Système selon la revendication 3, dans lequel les moyens de canalisation comportent des cloisons (1031) dans des plans axiaux. 6. Système selon la revendication 3, dans lequel le générateur (11) comporte un assemblage de secteurs (103) placés autour de la tubulure (4). 7. Système selon la revendication 1, dans lequel la tubulure d'échappement (4) comporte un filtre à particules (40) en amont du générateur (10). 8. Système selon la revendication 1, dans lequel le générateur (10) comporte des thermocouples (101) de type J ou de type E. 9. Système selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de chauffage (13) comporte des résistances électriques. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de chauffage est placé pour chauffer un réservoir d'huile (21), une canalisation d'huile (22) et/ou un palier lubrifié (23). 11. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commande (12) régulent la température de l'huile à une température de consigne.