WO2014128392A1 - Procede et dispositif de rechauffage de carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents

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Fano Rampanarivo
Pascal Emery
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Renault S.A.S.
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Definitions

  • the present invention relates to the heating of fuel consumed by an internal combustion engine.
  • a fuel heating process at the start of a vehicle engine in which the fuel temperature and the temperature outside the vehicle are compared to a first threshold below which the starting of the vehicle is prohibited , and at a second threshold greater than the first, beyond which the engine starts without reheating the fuel.
  • It also relates to a fuel heating device between the fuel tank and the engine of a vehicle, and a hybrid vehicle equipped with this device.
  • This invention finds a preferred application, but not exclusive, on a hybrid vehicle, combining an electric motor and a heat engine.
  • the intake of calories at the start of the engine must be sufficient to limit the waxing of the fuel and avoid clogging of the diesel filter, which generates pressure drops in the feed ramp, which can cause instabilities, stalls or even refusal to start.
  • the heating of the diesel can be based on the recovery of the calories provided by the injection system.
  • the principle is to circulate the short-loop fuel to the inlet of the diesel filter.
  • Another known solution is based on the supply of calories via an electric heater installed on the fuel circuit.
  • the principle consists of generating thermal energy by supplying a conductive material with electric current.
  • Publication FR 2 481 751 describes in particular a fuel supply network for a diesel engine, comprising a fuel heating device, powered by the vehicle battery, between the pump and the engine injection system.
  • the present invention aims to take advantage of the large amounts of heat released in operation by hybrid vehicle traction batteries, to help heat the engine during its startup phase.
  • the fuel is heated by heat exchange with the vehicle battery cooling circuit, when the outside temperature is between two temperature thresholds.
  • the heating of the fuel is interrupted as soon as the outside temperature outside temperature, or the fuel temperature exceeds the upper second.
  • the fuel is heated in passing by a heat exchanger traversed by the cooling water circuit of a battery of the vehicle.
  • the hybrid architecture of the diagram includes a heat engine 1 and its fuel supply circuit 2.
  • An electric traction machine 3 is coupled, or not (by coupling means not shown) to the heat engine 1 and to the transmission 4 of the vehicle.
  • An electric traction battery 6 makes it possible to supply the electric machine 3 with electricity. It is connected to a heat exchanger 7 by a cooling circuit 8. All the components of the architecture are controlled by a supervisor 9.
  • the circuit of main fuel, between the fuel tank 11 and the heat engine 2 passes through the heat exchanger 7. It has a bypass branch 2a around it.
  • the device comprises a plurality of sensors (not shown), including a fuel temperature sensor, an outdoor temperature sensor, and a battery coolant temperature sensor.
  • the signals of all the sensors are received by the supervisor 9.
  • the set is controlled as follows. In normal operation, the heat engine 1, the electric traction machine 3, and their respective fuel and electricity supplies, are controlled by the supervisor 9.
  • T_GO_liml T_ext ⁇ T_GO_liml
  • the supervisor also chooses a second threshold of fuel temperature T GO lim2, higher than the outside temperature.
  • T GO lirai ⁇ T outside ⁇ T GO lim2 two situations are distinguished.
  • the propulsion of the vehicle can be done either in electric mode or in thermal mode, depending on the decision of the supervisor and other conditions Operating.
  • the cooling water of the battery circulates in its cooling circuit.
  • the control of the cooling is done through a water temperature sensor for example.
  • the fuel temperature sensor measures the temperature of the fuel in the fuel supply circuit of the engine. In this zone, the fuel generally needs to be warmed up to start, because the fuel temperature is in principle equal to the outside temperature at the start of the vehicle.
  • the exchanger is functional, and calories are exchanged between the cooling circuit and the fuel supply circuit. The fuel is heated by this heat exchange, and the start of the engine is facilitated.
  • the heating of the fuel is interrupted as soon as the outside temperature, or the temperature of the fuel exceeds the second threshold:
  • the fuel temperature and the temperature outside the vehicle are compared to a first threshold below which the vehicle starts. is prohibited, and at a second threshold higher than the first, above which the engine starts without reheating the fuel. Between the two thresholds, the fuel is heated by heat exchange with the vehicle battery cooling circuit.
  • the exchanger between the battery cooling circuit and the fuel supply circuit of the heat engine can also exchange heat on the hot part of the fuel circuit (not shown in the diagram), which corresponds to the return circuit to the engine.
  • the fuel return circuit then passes through the heat exchanger, so that the heat exchanger is also usable to limit the reheating of the fuel on its return to the tank, at the outlet of the injectors or the high pressure pump.
  • a hybrid vehicle illustrated in a non-limiting manner by the diagram, comprising at least one heat engine 1 and an electric machine 3 powered by a traction battery provided with a cooling water circuit
  • the latter can move using only its electric propulsion source 3, as long as the fuel temperature is below the second threshold.
  • the engine is then started running, when the fuel temperature reaches this threshold.

Abstract

Procédé de réchauffage du carburant au démarrage d'un moteur thermique (1) de véhicule hybride dans lequel la température du carburant (T GO)et la température extérieure du véhicule (Text) sont comparées à un premier seuil (T_GO_liml)en dessous duquel le démarrage du véhicule est interdit, et à un second seuil (T_GO_lim2) supérieur au premier au-dessus duquel le moteur démarre sans réchauffage du carburant, caractérisé en ce que le carburant est réchauffé par échange thermique avec le circuit de refroidissement (8) de la batterie (6) du véhicule lorsque la température extérieure (T_ext) est comprise entre les deux seuils (T GO liml, T GO Iim2).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RECHAUFFAGE DE CARBURANT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne le chauffage du carburant consommé par un moteur à combustion interne.
Plus précisément, elle a pour objet un procédé de réchauffage du carburant au démarrage d'un moteur thermique de véhicule, dans lequel la température du carburant et la température extérieure au véhicule sont comparées à un premier seuil en dessous duquel le démarrage du véhicule est interdit, et à un second seuil supérieur au premier, au-delà duquel le moteur démarre sans réchauffage du carburant .
Elle a également pour objet un dispositif de réchauffage de carburant entre le réservoir de carburant et le moteur thermique d'un véhicule, et un véhicule hybride équipé ce dispositif.
Cette invention trouve une application privilégiée, mais non exclusive, sur un véhicule hybride, associant un moteur électrique et un moteur thermique.
Lors des démarrages à froid des moteurs thermiques, il peut être nécessaire d'apporter des calories au carburant, afin de le réchauffer et de faciliter le démarrage du véhicule. Ce besoin de chauffage concerne le carburant des moteurs Diesel à injection directe, comme celui des moteurs à allumage par compression.
L'apport de calories au démarrage du moteur doit être suffisant pour limiter le paraffinage du carburant et éviter le colmatage du filtre à gazole, qui génère des chutes de pression dans la rampe d'alimentation, pouvant entraîner des instabilités, des calages, voire des refus de démarrage .
Selon une première solution connue, le réchauffage du gazole peut être basé sur la récupération des calories fournies par le système d'injection. Le principe consiste à faire circuler le carburant en boucle courte vers l'entrée du filtre à gazole.
Une autre solution connue est basée sur la fourniture de calories via un réchauffeur électrique implanté sur le circuit à carburant. Le principe consiste à générer une énergie thermique en alimentant un matériau conducteur en courant électrique.
II a déjà été proposé de disposer un véritable dispositif de chauffage sur le circuit d'alimentation de carburant. La publication FR 2 481 751 décrit notamment un réseau d'alimentation en carburant pour moteur Diesel, comportant un dispositif de chauffage de combustible, alimenté par la batterie du véhicule, entre la pompe et le système d'injection du moteur.
Actuellement, la réduction des émissions de C02 impose une optimisation de la consommation électrique des véhicules. La solution de réchauffage gazole doit donc être performante, sans pénaliser la consommation en phase de démarrage du véhicule. La solution décrite dans la publication citée, présente l'inconvénient d'être fortement consommatrice en électricité. Par ailleurs, elle n'est pas adaptée aux architectures de véhicule hybride, qui permettent de nouvelles stratégies de démarrage
La présente invention vise à tirer profit des importantes quantités de chaleur libérées en fonctionnement par des batteries de traction de véhicule hybride, pour aider au réchauffage du moteur thermique, pendant sa phase de démarrage.
Dans ce but, elle propose que le carburant soit réchauffé par échange thermique avec le circuit de refroidissement de la batterie du véhicule, lorsque la température extérieure est comprise entre deux seuils de température.
De préférence, le réchauffage du carburant est interrompu dès que la température extérieure température extérieure, ou la température du carburant dépasse le deuxième supérieur.
Conformément à l'invention, le carburant est réchauffé au passage par un échangeur thermique traversé par le circuit d'eau de refroidissement d'une batterie du véhicule .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant au dessin annexé, dont la figure unique présente l'architecture générale du système proposé .
L'architecture hybride du schéma inclut un moteur thermique 1 et son circuit d'alimentation de carburant 2. Une machine électrique de traction 3 est couplée, ou non, (par des moyens de couplage non représentés) au moteur thermique 1 et à la transmission 4 du véhicule. Une batterie électrique de traction 6 permet de fournir en électricité la machine électrique 3. Elle est reliée à un échangeur de chaleur 7 par un circuit de refroidissement 8. L'ensemble des composants de l'architecture est piloté par un superviseur 9. Le circuit de carburant principal, entre le réservoir de carburant 11 et le moteur thermique 2, traverse l' échangeur de chaleur 7. Il présente une branche de dérivation 2a autour de celui-ci.
Le dispositif comporte plusieurs capteurs (non représentés), dont un capteur de température de carburant, un capteur de température extérieure, et un capteur de température d'eau de refroidissement batterie. Les signaux de tous les capteurs sont reçus par le superviseur 9.
L'ensemble est contrôlé de la manière suivante. En fonctionnement normal, le moteur thermique 1, la machine électrique de traction 3, ainsi que leurs alimentations respectives en carburant et en électricité, sont pilotés par le superviseur 9.
En phase de démarrage, tant que la température extérieure mesurée T ext est inférieure à un premier seuil, T_GO_liml (T_ext < T_GO_liml) , il n'est pas possible de démarrer le moteur thermique, car le carburant est figé. Le véhicule ne dispose que de la machine électrique pour se déplacer. Il roule obligatoirement en mode électrique.
Le superviseur choisit également un second seuil de température de carburant T GO lim2, supérieur à la température extérieure. Lorsque la température extérieure est comprise entre les deux seuils (T GO lirai < T extérieure < T GO lim2), on distingue deux situations.
Tant que la température du carburant T GO reste inférieure au deuxième seuil (T GO < T GO lim2) , la propulsion du véhicule peut se faire soit en mode électrique, soit en mode thermique, en fonction de la décision du superviseur et des autres conditions de fonctionnement. L'eau de refroidissement de la batterie circule dans son circuit de refroidissement. Le pilotage du refroidissement se fait au travers d'un capteur de température d'eau par exemple. Le capteur de température carburant mesure la température du carburant dans le circuit d'alimentation en carburant du moteur thermique. Dans cette zone, le carburant a généralement besoin d'être réchauffé pour démarrer, car la température du carburant est en principe égale à la température extérieure au démarrage du véhicule. Dans ce cas, l'échangeur est fonctionnel, et des calories sont échangées entre le circuit de refroidissement et le circuit d'alimentation en carburant. Le carburant est réchauffé par cet échange thermique, et le démarrage du moteur thermique est facilité .
Le réchauffage du carburant est interrompu dès que la température extérieure, ou que la température du carburant dépasse le deuxième seuil :
a) lorsque la température du carburant dépasse le deuxième seuil (T GO > T GO lim2) , le carburant est suffisamment chaud. Il n'est plus nécessaire de le réchauffer. L'échangeur peut être contourné.
b) lorsque la température extérieure dépasse le deuxième seuil (T GO lim2 < T extérieure) , le carburant est suffisamment chaud au démarrage, et il n'est pas nécessaire de le réchauffer. L'échangeur peut être contourné.
En résumé, la température du carburant et la température extérieure au véhicule sont comparées à un premier seuil en dessous duquel le démarrage du véhicule est interdit, et à un second seuil supérieur au premier, au-dessus duquel le moteur démarre sans réchauffage du carburant. Entre les deux seuils, le carburant est réchauffé par échange thermique avec le circuit de refroidissement de la batterie du véhicule.
Enfin, l'échangeur entre le circuit de refroidissement batterie et le circuit d'alimentation carburant du moteur thermique peuvent aussi échanger de la chaleur sur la partie chaude du circuit carburant (non représentée sur le schéma) , qui correspond au circuit de retour vers le réservoir de carburant. Le circuit de retour du carburant traverse alors l'échangeur thermique, de sorte que l'échangeur de chaleur est aussi utilisable pour limiter le réchauffage du carburant à son retour vers le réservoir, en sortie des injecteurs ou de la pompe haute pression .
Les avantages de cette invention sont nombreux. Parmi ceux-ci, on peut souligner l'intérêt du pilotage du démarrage moteur thermique en fonction de la température extérieure et de l'utilisation du circuit de refroidissement batterie, pour aider à chauffer le carburant au démarrage et augmenter la qualité du démarrage du moteur thermique.
Dans le cas d'un véhicule hybride, illustré de manière non limitative par le schéma, comportant au moins un moteur thermique 1 et une machine électrique 3 alimentée par une batterie de traction munie d'un circuit d'eau de refroidissement, celui-ci peut se déplacer en utilisant uniquement sa source de propulsion électrique 3, tant que la température du carburant est inférieure au deuxième seuil. Le moteur thermique est alors démarré en roulage, lorsque la température du carburant atteint ce seuil.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réchauffage du carburant au démarrage d'un moteur thermique (1) de véhicule dans lequel la température du carburant (T GO) et la température extérieure du véhicule (T ext) sont comparées à un premier seuil (T GO lirai) en dessous duquel le démarrage du véhicule est interdit, et à un second seuil (T GO lim2) supérieur au premier au-dessus duquel le moteur démarre sans réchauffage du carburant, caractérisé en ce que le carburant est réchauffé par échange thermique avec le circuit de refroidissement ( 8 ) de la batterie ( 6 ) du véhicule lorsque la température extérieure (T ext) est comprise entre les deux seuils (T GO lirai, T GO lira2).
2. Procédé de réchauffage de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réchauffage du carburant est interrompu dès que la température extérieure {T_ext) , ou la température du carburant {T_GO) , dépasse le deuxième seuil (T GO lira2).
3. Procédé de réchauffage de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement ( 8 ) de la batterie est utilisé pour limiter le réchauffage du carburant sur son circuit de retour vers le réservoir (9) en sortie des injecteurs ou de la pompe haute pression du moteur.
4. Procédé de réchauffage de carburant, selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le véhicule se déplace en utilisant uniquement une source de propulsion électrique (3) tant que la température du carburant {T_GO) est inférieure au deuxième seuil (T GO lira2).
5. Procédé de réchauffage de carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur thermique (1) est démarré en roulage lorsque la température du carburant (T GO) atteint le deuxième seuil.
6 . Dispositif de réchauffage de carburant entre le réservoir de carburant (9) et le moteur thermique (1) d'un véhicule comportant un capteur de température de carburant, et un capteur de température extérieure, caractérisé en ce que le carburant est réchauffé au passage par un échangeur thermique (7) , traversé par le circuit d'eau de refroidissement (8) d'une batterie (6) du véhicule.
7. Dispositif de réchauffage de carburant selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de carburant (2) comporte une branche de contournement (2a) de 1' échangeur thermique (7) .
8. Dispositif de réchauffage de carburant selon la revendication 6, ou 7, caractérisé en ce que le circuit de retour du carburant traverse également l' échangeur thermique (7) de manière à pouvoir limiter la température du carburant (T GO) à son retour du moteur (1) vers le réservoir ( 9 ) .
9. Dispositif de réchauffage de carburant selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de température d'eau de refroidissement de batterie .
10. Véhicule hybride comportant au moins un moteur thermique et une machine électrique (3) alimentée par une batterie de traction (6) munie d'un circuit d'eau de refroidissement (8) , caractérisé en ce qu'il présente un dispositif de réchauffage de carburant conforme à l'une des revendications 6 à 9.
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