FR3018554A1 - Ensemble de filtration de carburant comprenant un systeme de chauffage - Google Patents

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Patrick Zee
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Christophe Fageon
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Abstract

L'invention concerne un ensemble de filtration de carburant comprenant : -un filtre (7) à carburant, -un système de chauffage (8) du destiné à être relié en série à une unité d'alimentation électrique apte à fournir une puissance électrique nominale au système de chauffage (8), le système de chauffage (8) comportant : - des moyens de chauffage (9) électrique du carburant, - des moyens de commutation (9a, 9b, 9c) de l'alimentation électrique des moyens de chauffage montés en série avec les moyens de chauffage (9), - Des moyens de commande (11) des moyens de commutation (9a, 9b, 9c), caractérisé en ce que le système de chauffage (8) est conçu de sorte que les moyens de commande (11) des moyens de commutation coopèrent avec les moyens de chauffage (9) de sorte à amener la puissance d'alimentation des moyens de chauffage à la puissance nominale avec au moins un palier intermédiaire de puissance.

Description

Ensemble de filtration de carburant comprenant un système de chauffage La présente invention se rapporte au domaine de la filtration du carburant des moteurs à combustion interne. L'invention se rapporte plus particulièrement au système de chauffage du carburant. Dans un véhicule comprenant un moteur à combustion interne de type Diesel, le filtre à gazole a pour rôle de protéger la pompe à injection en éliminant les impuretés et l'eau qui sont contenus dans le carburant. Il est placé entre le réservoir et la pompe à injection du véhicule. En complément de la filtration, le filtre à gazole peut intégrer un système de réchauffage du carburant, soit électrique, soit par recirculation de carburant qui permet de maintenir le carburant à une température supérieure au point trouble du carburant. L'énergie étant l'enjeu majeur pour la mobilité de demain, la maitrise de la puissance électrique des organes électriques et donc du système de réchauffage du carburant en fonction du besoin et du juste nécessaire.
Dans le cas d'un système électrique de réchauffage du carburant, l'élément chauffant du filtre à carburant peut être un composant résistif à coefficient de température positif (CTP ou PTC en anglais). Un composant résistif CTP présente une résistance dont la valeur augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée.
L'utilisation d'un composant résistif CTP permet donc d'arrêter son fonctionnement en fonction de sa température intrinsèque. Cependant un tel composant présente aussi une résistance initiale faible ce qui induit lorsqu'il est alimenté électriquement un pic d'intensité qui peut provoquer une rupture des éléments de la distribution électrique tel qu'un fusible.
On connait du document US2013134145 un dispositif de chauffage du carburant présent dans un filtre à carburant comprenant une unité d'alimentation de puissance électrique reliée à un composant résistif à coefficient de température positif (CTP ou PTC en anglais). La ligne d'alimentation électrique présente entre le composant résistif et l'alimentation une division en plusieurs branches parallèles disposant d'un commutateur.
Cependant dans cet agencement comme les branches se réunissent toutes de nouveau en amont du composant résistif, quand aucun commutateur n'est fermé le composant résistif n'est pas alimenté et dès qu'un commutateur est fermé, le composant résistif est alimenté par l'intégralité de la puissance fournie par l'unité d'alimentation. Par conséquent en raison de la résistance initiale faible du composant résistif, le pic d'intensité redouté apparaitra dans le circuit électrique.
On connait encore du document EP0356667 un autre dispositif de chauffage du carburant présent dans un filtre à carburant comprenant une unité d'alimentation de puissance électrique reliée à un composant résistif CTP. Un sectionneur de puissance sans contact à semi-conducteur tel qu'un transistor permet de commander l'alimentation électrique du composant résistif CTP. Cependant dans cet agencement encore, soit le composant résistif n'est pas alimenté, soit quand le transistor ferme le circuit électrique le composant résistif alimenté par l'intégralité de la puissance fournie par l'unité d'alimentation. Ici encore en raison de la résistance initiale faible du composant résistif, le pic d'intensité redouté apparaitra dans le circuit électrique.
Par conséquent, le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients précités et de proposer un dispositif qui permet d'éviter l'apparition d'un pic d'intensité pouvant provoquer une rupture des éléments de la distribution électrique tel qu'un fusible....
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un ensemble de filtration de carburant comprenant : -un filtre à carburant, -un système de chauffage du carburant présent dans ledit filtre destiné à être relié en série à une unité d'alimentation électrique apte à fournir une puissance électrique nominale au système de chauffage, le système de chauffage comportant : - des moyens de chauffage électrique par effet Joule destiné à chauffer le carburant, - des moyens de commutation de l'alimentation électrique des moyens de chauffage montés en série avec les moyens de chauffage, - Des moyens de commande des moyens de commutation, Caractérisé en ce que le système de chauffage est conçu de sorte que les moyens de commande des moyens de commutation coopèrent avec les moyens de chauffage électrique par effet Joule de sorte à amener la puissance d'alimentation des moyens de chauffage de la puissance nulle à au moins un palier intermédiaire de puissance inférieur à la puissance nominale.
En montant par palier la puissance de chauffage, les pics d'intensité à chaque palier restent très inférieurs à celui vu en cas d'alimentation directement à la puissance nominale, ce qui évite un risque d'endommagement électrique du système. L'ensemble permet aussi de faire de la modulation du niveau de chauffage. Dans une variante, le système de chauffage comprend plusieurs branches montées en parallèle entre elles" et disposant chacune : -un élément de chauffage électrique, la somme des dits éléments de chauffage formant les moyens de chauffage électrique, -des moyens de commutation de l'alimentation électrique montés en série sur la branché avec leurs éléments de chauffage électrique respectifs, - Les moyens de commandes étant conçus pour activer électriquement les uns à la suite des autres et cumulativement les éléments de chauffage électrique. Dans une autre variante, les moyens de commeation comprennent un interrupteur commandé par les moyens de commande et monté en parallèle avec une résistance 15 ohmique. De préférence, les moyens de commutation comprennent un autre interrupteur commandé par les moyens de commande disposé en série de la résistance ohmique et de l'interrupteur montés en parallèle. 20 Dans une variante, les moyens de chauffage électrique par effet Joule comprennent un composant résistif à coefficient de température positif. Dans une autre variante, les moyens de chauffage électrique par effet Joule comprennent 25 une thermo-résistance. Dans une variante, les moyens de commande sont intégrés au système de chauffage. Dans une autre variante, moyens de commande sont externes au filtre à carburant. L'invention a aussi pour objet un circuit de carburant, comprenant un réservoir de carburant relié à un dispositif d'injection de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de filtration de carburant de l'invention entre le réservoir et le dispositif d'injection de carburant. 30 35 L'invention a encore pour objet un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de carburant de l'invention.
Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est un schéma général d'implantation sur un véhicule automobile d'un filtre à carburant et de son système de chauffage de carburant. - La figure 2 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un ensemble de filtration de carburant conforme à l'invention. - La figure 3 est une représentation schématique du fonctionnement du premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 4 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un ensemble de filtration de carburant conforme à l'invention. - Les figure 5a à 5d une représentation sous forme de chronogrammes respectivement de la tension d'alimentation du système de chauffage, de l'état de commutation électrique, de l'intensité du courant dans la branche électrique, de la tension aux bornes de l'élément de chauffage, durant le fonctionnement du second mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée La figure 1 un schéma général d'implantation sur un véhicule 1 automobile d'un circuit 2 de carburant. Le circuit 2 de carburant comprend un réservoir 3 de carburant relié à une pompe 4 à carburant. La pompe 4 à carburant est elle-même reliée à un ensemble de filtration 5 à carburant conforme à l'invention. L'ensemble de filtration comprend un filtre à carburant et un système de chauffage du carburant présent dans ledit filtre. L'ensemble 5 de filtration de carburant est ensuite relié à un dispositif 6 d'injection de carburant équipant un moteur à combustion. Les différents éléments du circuit 2 de carburant sont reliés par des conduites destinées à transporter le carburant. Le moteur peut être du type à allumage par compression alimenté par du carburant gazole.
La figure 2 présente maintenant un premier exemple de réalisation d'un ensemble de filtration de carburant conforme à l'invention. Sur la figure 2 est schématisé un filtre à carburant 7 comprenant un système de chauffage 8 du carburant présent dans le filtre à carburant 7 au cours de la filtration. Le système de chauffage 8 est destiné à être relié en série à une unité d'alimentation électrique apte à fournir une puissance nominale au système de chauffage 8. Sur la figure 2, l'unité d'alimentation électrique n'est pas représenté, seuls sont représentés les points E d'entrée et S de sortie de connexion à l'alimentation électrique. Le circuit électrique du système de chauffage s'étend entre les points E et S. Dans de premier mode de réalisation, le système de chauffage 8 comprend entre le point d'entrée E et le point de sortie S d'alimentation électrique plusieurs branches électriques montées en parallèle entre elles. Sur la figure 2 trois branches sont représentées électriques mais le système de chauffage 8 peut comprendre un nombre différents de branches électriques. Chacune des branches électriques comprend des moyens de commutation 10a, 10b, 10c de l'alimentation électrique montés en série avec leurs éléments de chauffage électrique par effet Joule 9a, 9b, 9c respectifs. Le système de chauffage 8 comprend encore des moyens de commande des moyens de commutation 10a, 10b, 10c. Les moyens de commande 11 peuvent être une unité de commande électronique auxquels sont reliés les moyens de commutation 10a, 10b, 10c. Les moyens de commande 11 peuvent être externe au filtre à carburant 7, intégré à un calculateur externe au filtre à carburant 7. Afin de gagner en compacité Les moyens de commande 11 peuvent être intégré au système de chauffage 8. Dans ce mode de réalisation, les moyens de commutation 10a, 10b, 10c peuvent chacun se présenter sous la forme d'un interrupteur dont l'ouverture et la fermeture sont pilotable par les moyens de commande 11.
Dans ce mode de réalisation encore, les éléments de chauffage électrique par effet Joule 9a, 9b, 9c peuvent se présenter sous la forme d'une thermo-résistance ou d'un composant résistif à coefficient de température positif. Dans cet agencement, la somme des éléments de chauffage électrique par effet Joule 9a, 9b, 9c forme les moyens de chauffage 9 du système de chauffage 8. Dans ce cas lorsque tous les éléments de chauffage électrique par effet Joule 9a, 9b, 9c sont actifs, le système de chauffage 8 est destiné à délivrer sa puissance nominale Pnom = UALIM x IALIM- La figure 3 illustre le fonctionnement de ce premier mode de réalisation avec pour éléments de chauffage électrique par effet Joule 9a, 9b, 9c des composants résistifs à coefficient de température positif et pour moyens de commutation 10a, 10b, 10c des interrupteurs dont l'ouverture et la fermeture sont pilotables par les moyens de commande 11. Comme le monte la figure 3, lorsque tous les interrupteurs sont ouverts (plage TO), aucune branche électrique n'est alimenté en courant I qui est donc nul. Lorsque les moyens de commande 11 pilote la fermeture du premier interrupteur (plage T1), par exemple 10a sur la figure 2, le composant résistifs 9a est alimenté seul. Conformément au fonctionnement déjà décrit d'un tel composant résistif, son activation électrique induit un premier pic d'intensité maximale Imax1, mais très inférieur à Imax, le pic d'intensité maximale qui serait obtenu pour l'activation d'un composant résistif équivalent à la somme des éléments de chauffage électrique 9a, 9b, 9c de chaque branche électrique. Une fois ce pic passé, l'intensité I (et donc sa puissance d'alimentation) traversant le composant résistif 9a se stabilise à un premier palier. Les moyens de commande 11 pilote ensuite la fermeture du second interrupteur (plage T2), par exemple 10b sur la figure 2, tout en maintenant fermé le premier interrupteur 10a. L'activation électrique induit un second pic d'intensité maximale Imax2, toujours inférieur à Imax. Une fois ce second pic passé, l'intensité I (et donc sa puissance d'alimentation) traversant les composants résistifs 9a, 9b se stabilise à un second palier. Tout en maintenant fermé les premiers et seconds interrupteur 10a, 10b, les moyens de commande 11 pilote ensuite la fermeture du troisième interrupteur 9c (plage T3), ce qui induit un troisième pic d'intensité maximale Imax3, toujours inférieur à Imax. Une fois ce troisième pic passé, l'intensité I (et donc sa puissance d'alimentation) traversant les composants résistifs 9a, 9b, 9c se stabilise à un troisième palier fournissant la puissance nominale du système de chauffage 8. Dans ce mode de réalisation, les moyens de commande 11 des moyens de commutation coopèrent avec les moyens de chauffage 9 électrique par effet Joule de sorte que la puissance d'alimentation des moyens de chauffage est amenée de la puissance nulle à au moins un palier intermédiaire de puissance inférieur à la puissance nominale. Dans ce mode de réalisation, les moyens de commandes sont conçus pour activer électriquement les uns à la suite des autres et cumulativement les éléments de chauffage électriques pour passer de la puissance nulle à la puissance nominale avec un palier intermédiaire de puissance par activation d'éléments de chauffage.
La figure 4 présente un second exemple de réalisation d'un ensemble de filtration du carburant conforme à l'invention. Sur la figure 4, est encore schématisé un filtre à carburant 7 comprenant un système de chauffage 8 du carburant présent dans le filtre à carburant 7 au cours de la filtration. Le système de chauffage 8 est destiné à être relié en série à une unité d'alimentation électrique apte à fournir une puissance nominale au système de chauffage 8. Sur la figure 4, l'unité d'alimentation électrique n'est pas représenté, seuls sont représentés les points E d'entrée et S de sortie de connexion à l'alimentation électrique. Le circuit électrique du système de chauffage s'étend entre les points E et S. Dans de second mode de réalisation, le système de chauffage 8 comprend entre le point d'entrée E et le point de sortie S d'alimentation électrique une branche électrique comportant des moyens de commutation 10d de l'alimentation électrique montés en série avec un élément de chauffage électrique par effet Joule 9d. Le système de chauffage 8 comprend encore des moyens de commande 11 des moyens de commutation 10d. Les moyens de commande 11 peuvent être une unité de commande électronique auxquels sont reliés les moyens de commutation 10d. Les moyens de commande 11 peuvent être externe au filtre à carburant 7, intégré à un calculateur externe au filtre à carburant 7. Afin de gagner en compacité Les moyens de commande 11 peuvent être intégré au système de chauffage 8.
Dans ce second mode de réalisation encore, l'élément de chauffage électrique par effet Joule 9d est un composant résistif à coefficient de température positif ou d'une thermorésistance. Dans ce second mode de réalisation, les moyens de commutations 10d comprennent un premier interrupteur K1 disposé en série d'une résistance ohmique R1 ainsi qu'un second interrupteur K2, la résistance ohmique R1 et le second interrupteur K2 étant montés en parallèle. Le premier interrupteur K1 a pour fonction de d'autoriser ou d'interdire l'alimentation électrique générale de la branche électrique tandis que le second interrupteur K2 permet de pouvoir court-circuiter la résistance R1 ou non. Le premier interrupteur K1 et le second interrupteur K2 sont pilotés par les moyens de commande 11. Dans le cas où l'élément de chauffage électrique par effet Joule 9d est un composant résistif à coefficient de température positif, le premier interrupteur K1 du moyen de commutation 10d peut être facultatif.
Les figures 5a à 5d illustrent le fonctionnement de ce second mode de réalisation. A l'instant tO, le premier interrupteur K1 est ouvert et la branche électrique n'est pas alimenté (IpTc est nul sur la figure 5C). A l'instant t1, le premier interrupteur K1 est fermé et le second interrupteur K2 est ouvert. En raison de la présence de la résistance ohmique R-I, l'élément de chauffage 9d est alimenté par une tension UPTC inférieure à la tension d'alimentation UALIM de la branche électrique. Conformément au fonctionnement déjà décrit d'un tel composant résistif, son activation électrique induit un premier pic d'intensité maximale Imax1', mais très inférieur à Imax, le pic d'intensité maximale qui serait obtenu pour l'activation du composant résistif directement à la tension d'alimentation UALIM. Une fois ce pic passé, l'intensité IpTc (et donc sa puissance d'alimentation) traversant le composant résistif 9d se stabilise à un premier palier intermédiaire. Les moyens de commande 11 pilote ensuite la fermeture du second interrupteur K2. L'élément de chauffage 9d est alimenté à la tension d'alimentation UALim de la branche électrique. Celui-ci ayant déjà été mis en température entre t1 et t2, le pic d'intensité est ici évité lors de la fermeture du second interrupteur K2. Dans ce second mode de réalisation, les moyens de commande 11 coopèrent avec des moyens de chauffage 9 électrique par effet Joule de sorte à amener la puissance d'alimentation des moyens de chauffage de la puissance nulle à un palier intermédiaire de puissance inférieur à la puissance nominale, puis ensuite à la puissance nominale. L'invention ne se limite pas aux deux modes de réalisation précédemment décrit. En variante du premier mode de réalisation, les moyens de commutation de type interrupteur peuvent être remplacés par des moyens de commutation décrits dans le second mode de réalisation, mais dans ce cas il faut aussi que les éléments de chauffage soient des composants résistif à coefficient positif si le commutateur K1 n'est pas présent afin d'éviter une consommation permanente du filtre à carburant 7.
L'invention permet de réduire la puissance au démarrage et aussi de pouvoir ajuster cette puissance à tout moment afin de réaliser des gains de courant consommé et donc au final des gains d'émission de CO2 du véhicule.
L'invention présente l'avantage de réduire les impacts sur le dimensionnement électrique d'autres constituants électriques périphériques tels que le fusible, la classe de l'alternateur, les câbles... tout en gardant une puissance de chauffe optimale, ce qui permet d'éviter des surcoût au niveau de l'architecture électrique et de ces différents constituants.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Ensemble (5) de filtration de carburant comprenant : -un filtre (7) à carburant, -un système de chauffage (8) du carburant présent dans ledit filtre destiné à être relié en série à une unité d'alimentation électrique apte à fournir une puissance électrique nominale au système de chauffage (8), le système de chauffage (8) comportant : - des moyens de chauffage (9) électrique par effet Joule destiné à chauffer le carburant, - des moyens de commutation (9a, 9b, 9c, 9d) de l'alimentation électrique des moyens de chauffage montés en série avec les moyens de chauffage (9), - Des moyens de commande (11) des moyens de commutation (9a, 9b, 9c, 9d), Caractérisé en ce que le système de chauffage (8) est conçu de sorte que les moyens de commande (11) des moyens de commutation coopèrent avec les moyens de chauffage (9) électrique par effet Joule de sorte à amener la puissance d'alimentation des moyens de chauffage de la puissance nulle à au moins un palier intermédiaire de puissance inférieur à la puissance nominale.
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de chauffage comprend plusieurs branches montées en parallèle entre elles et disposant chacune : -un élément de chauffage électrique (9a, 9b, 9c), la somme des dits éléments de chauffage (9a, 9b, 9c) formant les moyens de chauffage électrique (9), -des moyens de commutation (10a, 10b, 10c) de l'alimentation électrique montés en série sur la branche avec leurs éléments de chauffage électrique (9a, 9b, 9c) respectifs, - Les moyens de commandes (11) étant conçus pour activer électriquement les uns à la suite des autres et cumulativement les éléments de chauffage électrique (9a, 9b, 9c).
  3. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation (9d) comprennent un interrupteur (K2) commandé par les moyens de commande (11) et monté en parallèle avec une résistance ohmique (R1).
  4. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commutation (9d) comprennent un autre interrupteur (K1) commandé par les moyens de commande (11) disposé en série de la résistance ohmique (R1) et de l'interrupteur (K2) montés en parallèle.
  5. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (9) électrique par effet Joule comprennent un composant résistif à coefficient de température positif.
  6. 6. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (9) électrique par effet Joule comprennent une thermo-résistance.
  7. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ce que les moyens de commande (11) sont intégrés au système de chauffage (8).
  8. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé ce que les moyens de commande (11) sont externes au filtre (7) à carburant.
  9. 9. Circuit (2) de carburant, comprenant un réservoir (3) de carburant relié à un dispositif (6) d'injection de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de filtration (5) de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes entre le réservoir (3) et le dispositif (6) d'injection de carburant.
  10. 10. Véhicule (1) caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (2) de carburant selon la revendication précédente.
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Citations (3)

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US3866587A (en) * 1972-05-17 1975-02-18 Bosch Gmbh Robert Automotive fuel heating control system
GB2018890A (en) * 1978-04-17 1979-10-24 Fiat Veicoli Ind Spa fuel feed system for an internal combustion engine
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