Brevet FR3074234A1 — publié le 20190531

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne de manière 5 générale le domaine des systèmes de refroidissement appliqués aux moteurs de véhicules comprenant un injecteur haute pression. Elle vise en particulier un système de refroidissement d'un carburant circulant dans un circuit de retour d'un injecteur haute pression. La présente invention 10 vise également un procédé pour refroidir un tel carburant. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Au sens de la présente invention, on entend par moteur, un moteur à combustion interne comprenant au moins un moteur thermique, un circuit haute pression, un circuit basse 15 pression, un accumulateur haute pression et un injecteur haute pression de carburant. [0003] Actuellement, les moteurs de véhicules mettent en oeuvre des systèmes de refroidissement pour refroidir certains fluides circulant dans le moteur. Ces systèmes 20 utilisent généralement des technologies mettant en oeuvre des échangeurs thermiques dits classiques (fluide / air). [0004] Toutefois, l'un des inconvénients liés à ces échangeurs thermiques dits classiques actuellement utilisés est qu'ils sont encombrants. Il est alors difficile de les 25 intégrer dans un environnement réduit, par exemple sous un capot moteur. OBJECTIF DE L'INVENTION [0005] Le système de refroidissement de l'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état 30 de la technique et vise notamment à proposer un système de refroidissement compact pour facilement s'intégrer dans un environnement réduit. Par ailleurs, le système de l'invention 2 vise également à proposer un procédé pour refroidir un tel carburant. RÉSUMÉ DE L'INVENTION [0006] Cet objectif est atteint grâce à un système de refroidissement d'un carburant circulant dans un circuit de retour d'un injecteur haute pression compris dans un moteur d'un véhicule situé sous un capot moteur, le véhicule comprenant en outre une ligne d'échappement située en-dessous du véhicule, le système de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique apte à refroidir le carburant, l'échangeur thermique comprenant : - un refroidisseur à effet Peltier, - une thermopile à effet Seebeck relié au refroidisseur pour l'alimenter en électricité, la thermopile étant en outre reliée à une source chaude et à une source froide. [0007] Au sens de la présente, on entend par source chaude, une source présentant une température comprise entre 80 °C et 300 °C. [0008] Au sens de la présente, on entend par source froide, une source présentant une température comprise entre -20 °C et 45 °C. [0009] Au sens de la présente demande, on entend par 25 échangeur thermique, un ensemble comprenant au moins deux éléments : le refroidisseur et la thermopile. Chacun de ces éléments ne sont pas compris dans un même module en ce sens que chacun d'eux peut être disposé à des endroits différents. [0010] Le principe de l'invention est alors d'utiliser 30 le refroidisseur à effet Peletier pour refroidir le carburant. La source d'alimentation électrique du refroidisseur est la thermopile à effet Seebeck. 3 [0011] Un tel système présente l'avantage de pouvoir récupérer de l'énergie électrique directement généré par la thermopile. Cette énergie est ensuite directement utilisée pour le fonctionnement du refroidisseur. Ainsi, cet échangeur 5 thermique est autonome en énergie. [0012] Par ailleurs, un tel échangeur présente l'avantage d'être compact. [0013] Par exemple, actuellement les échangeurs thermiques utilisés présentent un refroidisseur disposé sur le 10 circuit de retour d'un injecteur haute pression et se composent d'un tube dont le diamètre est compris entre 8 et 12 mm et présentant une longueur comprise entre 1 et 2 m. Toutefois, dans l'échangeur thermique de la présente invention, le refroidisseur à effet Pelletier présente une longueur comprise 15 entre 3 et 50 mm et une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm. [0014] Il est à noter qu'un tel échangeur thermique peut également être utilisé dans tout système autre que celui de l'invention afin de refroidir un fluide. [0015] Avantageusement, la source chaude peut être est 20 la ligne d'échappement. [0016] Avantageusement, la source froide peut être un flux d'air circulant en-dessous du véhicule. [0017] Avantageusement, le système peut comprendre en outre une batterie agencée de façon à stocker l'excès d'électricité générée par la thermopile. [0018] De cette façon, le surplus d'énergie électrique généré par la thermopile peut être stocké dans une batterie. Ce surplus peut ensuite être transféré à un dispositif extérieur au système de refroidissement. Par ailleurs, cette batterie peut être associée à un régulateur couplé avec le circuit électrique complet du véhicule. [0019] Avantageusement, une connexion électrique reliant la thermopile au refroidisseur peut être couplée avec 4 le réseau de bord électrique du véhicule afin d'en optimiser l'utilisation lorsque la fonction refroidissement s'avère non utile. Il est à noter que dans cette configuration, la batterie est reliée au réseau de bord électrique. 5 [0020] Avantageusement, le refroidisseur est situé sous le capot moteur. En effet, la compacité du refroidisseur définie par les dimensions réduites que présente le refroidisseur permet son intégration dans le compartiment moteur, en particulier sous le capot moteur, pour que ce 10 refroidisseur soit au plus proche de l'injecteur haute pression. [0021] Cette configuration présente l'avantage de pouvoir dissiper les calories prélevées en excès par le refroidisseur via un flux d'air circulant sous le capot moteur. 15 [0022] Un autre aspect de l'invention concerne un procédé pour refroidir un carburant circulant dans un circuit de retour d'un injecteur haute pression compris dans un moteur d'un véhicule situé sous un capot moteur, le véhicule comprenant en outre : 20 - une ligne d'échappement située en-dessous du véhicule, et - un échangeur thermique situé sur le circuit de retour de l'injecteur de façon à pouvoir refroidir le carburant, l'échangeur thermique comprenant un refroidisseur 25 à effet Peltier et une thermopile à effet Seebeck reliés électriquement, la thermopile étant en outre reliée à une source chaude et à une source froide, le procédé de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 30 - génération d'une énergie électrique par la thermopile suite à l'application d'un gradient de température entre la source chaude et la source froide, 5 refroidissement par le refroidisseur du carburant présentant une température comprise entre 20 °C et 80 °C, 80 °C étant la valeur maximale de température du carburant désirée. 5 [0023] Le procédé de refroidissement selon l'invention présente l'avantage d'être autonome en énergie. [0024] Avantageusement, la source chaude peut présenter une température comprise entre 80 °C et 300 °C. [0025] Avantageusement, la source froide peut 10 présenter une température comprise entre -20 °C et 45 °C. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0026] D'autres caractéristiques et avantages innovants de l'invention ressortiront à la lecture de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement 15 limitatif, en référence au dessin annexé dans lesquels la figure 1 schématise l'utilisation du système selon un mode particulier de l'invention. [0027] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques 20 sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN MODE DE REALISATION [0028] Sur la figure 1 est schématiquement représenté un système de refroidissement selon un mode particulier de l'invention. Ce système est compris dans un véhicule, 25 typiquement une automobile. Le véhicule comprend un moteur, un capot moteur 10 et une ligne d'échappement 400 située en-dessous 30 du véhicule. [0029] Le moteur comprend un réservoir 800 à carburant associé à une pompe basse pression 820 d'alimentation en 30 carburant apte notamment à prélever la quantité appropriée de carburant dans le réservoir 800 pour le bon fonctionnement du moteur. Ainsi, le carburant prélevé dans le réservoir 800 passe de la pompe basse pression 820 à un filtre 840 à carburant. 6 Ensuite, au filtre 840, est reliée une pompe haute pression 860 pour comprimer le carburant issu de la pompe basse pression 820. La pompe haute pression 860 est en outre reliée à un circuit de retour permettant au surplus de carburant non 5 comprimé de se verser dans le réservoir 800. [0030] La pompe haute pression 860 est également reliée à un accumulateur 880 haute pression de façon à ce que le carburant comprimé présente, en sortie de l'accumulateur 880, un débit important pendant un temps assez court. L'accumulateur 10 présente plusieurs sorties reliée chacune à un injecteur 220 haute pression destiné à faire fonctionner un moteur thermique 900. Chaque injecteur 220 haute pression est relié à un circuit de retour 200 liant chaque injecteur 220 au réservoir 800, le circuit de retour 200 étant un circuit basse pression. Ainsi, 15 la partie de carburant non injectée dans le moteur thermique 900 circule dans le circuit de retour 200 pour finalement se verser dans le réservoir 800. [0031] Par ailleurs, il est à noter que la ligne d'échappement 400 est utilisée pour évacuer les gaz à 20 combustion en provenance du moteur thermique 900. [0032] Il est à noter par ailleurs que sous le capot moteur 10 sont compris le filtre 840, la pompe haute pression 860, l'accumulateur 880, l'injecteur 220, le circuit de retour 200 et le moteur thermique 900. 25 [0033] Il est également à noter que le réservoir 800, la pompe basse pression 820 et la ligne d'échappement 400 sont situés en-dessous 30 du véhicule. [0034] Typiquement, la température du carburant dans le circuit de retour 200 augmente avec la puissance moteur et 30 par conséquence la consigne de pression rail. Il est à noter que pour atteindre la puissance moteur, il faut une certaine quantité de carburant dans la chambre de combustion du moteur dans un temps limité. L'augmentation de la pression de 7 carburant permet alors d'obtenir cette quantité dans ce temps limité. La source principale de cette augmentation de température est liée au surplus de chaleur du carburant circulant dans le circuit de retour 200 de l'injecteur 220. Ce 5 surplus de chaleur provient d'un fort gradient de pression présentant un faible débit (par ex : 2000 bar à 1 bar). Il est à noter qu'une température trop élevée du carburant, typiquement une température supérieure à 150°C, peut endommager les composants basses et/ou hautes pressions. 10 Ainsi, réduire la température du carburant, typiquement à une température inférieure à 80 °C, circulant dans le circuit de retour 200 est un facteur clef pour s'en prémunir. [0035] En ce sens, le système de refroidissement comprend, pour réduire la température du carburant circulant 15 dans le circuit de retour 200, un échangeur thermique apte à refroidir le carburant circulant dans le circuit de retour 200. L'échangeur thermique comprend : - un refroidisseur 620 à effet Peltier au niveau s'effectue l'échange thermique et qui est disposé sur une 20 portion du circuit de retour 200, de façon préférentielle sur une portion la plus proche de la sortie de l'injecteur, et - une thermopile 640 effet Seebeck relié au refroidisseur 620 par une connexion électrique 660 pour alimenter en électricité le refroidisseur 620, la thermopile 25 640 étant en outre reliée à une source chaude et à une source froide. [0036] Le refroidisseur 620 est en particulier situé sous ledit capot moteur 10. De manière préférentielle, l'échangeur thermique est alors disposé dans le compartiment 30 moteur, en particulier sous le capot moteur 10, avec le refroidisseur 620 qui est situé sur une portion la plus proche de la sortie de l'injecteur 220. La thermopile 640 est alors située en dessous 30 du véhicule, ou sous caisse, au plus 8 proche de la ligne d'échappement 400 qui est utilisée comme source chaude, mais également pour bénéficier du flux d'air circulant en dessous 30 du véhicule, ce flux d'air étant alors utilisé comme source froide. 5 [0037] Dans ce mode de réalisation, la source chaude est alors la ligne d'échappement 400 du véhicule, par exemple sa surface extérieure. La thermopile 640 peut alors être fixée sur la surface extérieure de la ligne d'échappement 400. Cette ligne d'échappement 400 peut typiquement diffuser une 10 température comprise entre 80 °C et 300 °C. La source froide est quant à elle, dans ce mode de réalisation, un flux d'air circulant en-dessous 10 du véhicule qui, typiquement, présente une température comprise entre -20 °C et 45 °C. [0038] Dans un mode de réalisation particulièrement 15 avantageux (non représenté dans la figure 1), le système de refroidissement peut en outre comprendre une batterie agencée de façon à stocker l'excès d'électricité générée par la thermopile 640. Par exemple, l'excès d'électricité générée par la thermopile 640 peut être renvoyée dans le réseau de bord 20 qui contient peut contenir une batterie pour stocker cet excès. Par exemple, on peut en outre utiliser le système de pilotage électrique de la batterie du véhicule pour que la thermopile 640 soit source électrique lorsqu'elle ne fait pas son office d'alimentation du refroidisseur 620. 25 [0039] Par ailleurs, il est à noter que l'on a génération d'une énergie électrique par la thermopile 640 suite à l'application d'un gradient de température entre la source chaude et la source froide, ce qui induit un refroidissement du carburant circulant dans le circuit de retour 200. Ce 30 refroidissement est réalisé par le refroidisseur 620. Ainsi la température de ce carburant est diminuée. [0040] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que la personne de l'art est 9 à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention, en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement d'un carburant circulant dans un circuit de retour (200) d'un injecteur (220) haute pression compris dans un moteur d'un véhicule situé sous un capot moteur (10), ledit véhicule comprenant en outre une ligne d'échappement (400) située en-dessous (30) dudit véhicule, ledit système de refroidissement étant caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique apte à refroidir ledit carburant, ledit échangeur thermique comprenant : - un refroidisseur (620) à effet Peltier, - une thermopile (640) à effet Seebeck relié audit refroidisseur (620) pour l'alimenter en électricité, ladite thermopile (640) étant en outre reliée à une source chaude et à une source froide. 2. Système de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel ladite source chaude est ladite ligne 20 d'échappement (400). 3. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite source froide est un flux d'air circulant en-dessous (10) dudit véhicule. 4. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une batterie agencée de façon à stocker l'excès d'électricité générée par ladite thermopile (640). 5. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit refroidisseur (620) est situé sous ledit capot moteur (10). 25 30 11 6. Procédé pour refroidir un carburant circulant dans un circuit de retour (200) d'un injecteur (220) haute pression compris dans un moteur d'un véhicule situé sous un capot moteur (10), ledit véhicule comprenant en outre : 5 - une ligne d'échappement (400) située en-dessous (30) dudit véhicule, et - un échangeur thermique situé sur ledit circuit de retour (200) dudit injecteur (220) de façon à pouvoir refroidir ledit carburant, ledit échangeur thermique comprenant un 10 refroidisseur (620) à effet Peltier et une thermopile (640) à effet Seebeck reliés électriquement, ladite thermopile (640) étant en outre reliée à une source chaude et à une source froide, ledit procédé de refroidissement étant caractérisé en 15 ce qu'il comprend les étapes suivantes : - génération d'une énergie électrique par ladite thermopile (640) suite à l'application d'un gradient de température entre ladite source chaude et ladite source froide, - refroidissement par ledit refroidisseur (620) 20 dudit carburant présentant une température comprise entre 20 °C et 80 °C. 7. Procédé selon la revendication 6, selon lequel ladite source chaude présente une température comprise entre 25 80 °C et 300 °C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, selon lequel ladite source froide présente une température comprise entre -20 °C et 45 °C. 30