Titre de l'invention : Groupe motopropulseur doté d’une rampe à carburant chauffée

[0001] La présente invention concerne un groupe motopropulseur doté d’une rampe à carburant chauffée.

[0002] Sur les moteurs à combustion interne fonctionnant au gaz de pétrole liquéfié (ou GPL), notamment ceux des véhicules automobiles, il y a un risque de recondensation du gaz en sortie d’un vapo-détendeur associé au moteur.

[0003] De manière connue en soi, le GPL est stocké en phase liquide au sein d’un réservoir du véhicule, puis il est acheminé en phase liquide jusqu’à une électrovanne située dans le compartiment moteur du véhicule, qui ferme le circuit d’arrivée du GPL en cas de coupure du moteur. Puis, le GPL toujours liquide est acheminé jusqu’au vapo-détendeur, qui sert à la fois vaporiser le GPL liquide en gaz et à assurer la régulation de pression du gaz.

[0004] Dans le cas classique d’une injection multipoint indirecte, le gaz provenant du vapo-détendeur pénètre ensuite dans une rampe à carburant du moteur, ou rampe de distribution de carburant, qui est pourvue d’une pluralité d’injecteurs débouchant dans des pipes d’admission d’un répartiteur, ou collecteur d’admission, du moteur. Le GPL gazeux est introduit dans les pipes d’admission du répartiteur par les différents injecteurs, et il y est mélangé à l’air extérieur admis dans le répartiteur. Le mélange air-carburant est ensuite admis dans les chambres de combustion du moteur y pour être brûlé.

[0005] En variante, dans le cas d’une injection directe, le carburant gazeux est injecté directement dans les chambres de combustion du moteur par les injecteurs.

[0006] Le risque de re-condensation est présent étant donné qu’on passe d’une pression de plus de 200 bars dans un réservoir de gaz liquéfié, à une pression de quelques bars seulement en sortie du vapo-détendeur puis dans la rampe à carburant (dans le cas précité d’une injection indirecte). Cette chute brutale de pression fait que le gaz destiné à être injecté dans le répartiteur du moteur, avant d’être admis dans des chambres de combustion du moteur, va comporter une fraction liquide, qui va être introduite dans les pipes d’admission du répartiteur avec la fraction gazeuse, et va avoir tendance à mouiller les parois du répartiteur. Les conséquences d’un tel phénomène d’accumulation de liquide sur les parois du répartiteur sont que la quantité (débit massique) de gaz injecté dans les chambres de combustion est mal maitrisée et que le contrôle de richesse devient alors aléatoire.

[0007] Pour éviter la re-condensation du GPL à l’aval du vapo-détendeur, plus précisément dans la rampe de distribution de carburant, il faut être positionné sous la courbe de vaporisation du gaz, qui dépend de la température, de la pression et de la composition de ce dernier.

[0008] La publication US548393A divulgue un module d’approvisionnement en carburant pour fournir un carburant gazeux à un moteur à combustion interne, qui inclut un régulateur de pression afin d’amener la pression du gaz depuis une valeur de pression de réservoir relativement élevée à une valeur relativement faible qui est requise pour l’introduction du gaz dans le moteur, avec une chambre de réchauffage qui entoure au moins en partie le régulateur. Le module d’approvisionnement en carburant ne règle que partiellement le problème visé par l’invention.

[0009] La publication EP1934467B1 concerne un système auxiliaire de démarrage à froid utilisé de manière préférentielle dans les moteurs à combustion interne qui utilisent l’alcool comme carburant, mais les moteurs dits « flex fuel » (alcool, essence, GNV) sont inclus dans le champ d’application de l’invention qui en est l’objet. Ce système utilise des résistances positionnées à l’entrée des injecteurs, des résistances à l’intérieur des injecteurs ou une résistance pour l’ensemble de la tubulure des supports des buses d’injecteur. En outre il est prévu des buses auxiliaires d’injection, placées dans le collecteur d’admission du moteur, avec des résistances également. Bien que le chauffage du carburant semble ici suffisant, il est nécessaire de mettre en œuvre plusieurs résistances, qui vont engendrer une surconsommation de carburant liée et des surcoûts importants.

[00010] Un groupe motopropulseur selon l’invention, est configuré pour empêcher la formation d’une fraction liquide à l’aval du vapo-détendeur et plus précisément dans la rampe de distribution de carburant, tout en s’affranchissant des inconvénients rencontrés dans les groupes motopropulseurs existants.

[00011] L’invention a pour objet un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne, un réservoir de gaz sous pression et un vapo-détendeur, ledit groupe motopropulseur comprenant une rampe amont de distribution du gaz vers des chambres de combustion du moteur, ladite rampe étant insérée dans un circuit d’alimentation en gaz reliant le réservoir de gaz et lesdites chambres de combustion.

[00012] Selon l’invention, une tubulure de circulation d’un fluide caloporteur est en contact avec la rampe de manière à faire varier la température du gaz traversant ladite rampe avant que ledit gaz ne soit injecté vers les chambres de combustion du moteur. De cette manière, en fonction de la température du fluide caloporteur circulant dans la tubulure, la température du gaz à la sortie du réservoir peut, soit être augmentée, soit être rabaissée. Préférentiellement, la température du fluide caloporteur circulant dans la tubulure est élevée dans le but d’augmenter la température des gaz circulant dans la rampe et donc d’empêcher la formation de gouttelettes liquides qui seraient susceptibles d’être acheminées dans le répartiteur, qui y stagneraient au moins partiellement, et qui ne seraient donc pas toutes admises dans les chambres de combustion, avec tous les désagréments que cela pourrait engendrer. Avantageusement, le fluide caloporteur est un liquide, et préférentiellement ce liquide est de l’eau. Le fluide peut faire partie, soit d’un circuit qui a été spécifiquement conçu pour cette fonction de réchauffement des gaz circulant dans la rampe, soit d’un circuit déjà existant comme par exemple le circuit de refroidissement du moteur. De façon avantageuse, le groupe motopropulseur est à injection indirecte, signifiant que le gaz n’est pas injecté directement dans les chambres de combustion mais en amont de soupapes d’admission débouchant dans lesdites chambres, dans les pipes d’admission d’un répartiteur. Le gaz peut par exemple être du gaz naturel, du gaz de ville ou du gaz de pétrole liquéfié (GPL). La rampe de distribution est assimilable à un plenum d’admission, c’est-à-dire un volume avec une entrée unique à partir du vapo-détendeur et une pluralité de sorties comportant des logements d’injecteurs, lesdits injecteurs débouchant chacun vers une chambre de combustion du moteur, c’est-à-dire dans une pipe d’admission du répartiteur qui débouche sur une chambre de combustion. Le transfert thermique entre la tubulure de circulation de fluide caloporteur et la rampe s’effectue majoritairement par conduction thermique.

[00013] Selon une caractéristique possible de l’invention, le gaz est injecté à partir de la rampe dans des pipes d’admission d’un répartiteur du moteur desservant les chambres de combustion. [00014] Selon une caractéristique possible de l’invention, la rampe de distribution est métallique, la tubulure de circulation de fluide caloporteur étant métallique et est brasée à ladite rampe. De cette manière, l’échange thermique entre la tubulure de circulation de fluide et la rampe s’effectue majoritairement par conduction thermique. La fixation de la tubulure de circulation de fluide peut s’effectuer directement sur la rampe, et c’est l’ensemble constitué par ladite tubulure et ladite rampe qui est monté dans le véhicule. Elle peut également s’effectuer alors que la rampe est déjà montée dans le véhicule. Dans ce dernier cas, la tubulure de circulation de fluide peut venir se fixer au dernier moment sur la rampe, en fonction des besoins d’un utilisateur.

[00015] Selon une caractéristique possible de l’invention, la rampe de distribution est allongée, la tubulure de circulation de fluide caloporteur étant enroulée autour de ladite rampe. Pour cette configuration, puisque la tubulure de circulation de fluide caloporteur entoure la rampe, la modification de température des gaz circulant dans ladite rampe sera homogène et complète, sans risque de voir la création d’un gradient de température au sein desdits gaz.

[00016] Selon une caractéristique possible de l’invention, la tubulure de circulation de fluide caloporteur est de forme hélicoïdale, ladite tubulure présentant au moins deux boucles en continu s’étendant sur toute la longueur de la rampe de distribution. De cette manière, la modification de température des gaz circulant dans la rampe sera effective sur toute la longueur de ladite rampe. Préférentiellement, la tubulure comprend quatre boucles s’étendant sur toute la longueur de la rampe de distribution. Avantageusement, chaque boucle entour complètement la rampe en s’étendant sur une partie de la longueur de ladite rampe.

[00017] Selon une caractéristique possible de l’invention, la rampe de distribution présente une forme parallélépipédique et possède une section transversale de forme carrée, ladite rampe de distribution étant délimitée par une face d’entrée dans laquelle débouche un embout cylindrique. Préférentiellement, cet embout s’étend perpendiculairement à la face d’entrée. Cet embout est destiné à recevoir un conduit en provenance d’un vapo-détendeur placé en sortie du réservoir de gaz, et matérialise une entrée de la rampe pour les gaz en provenance du réservoir. [00018] Selon une caractéristique possible de l’invention, l’embout est rectiligne et débouche dans une zone centrale de la face d’entrée de sorte qu’un axe de révolution dudit embout soit dans la continuité d’un axe longitudinal et central de la rampe de distribution L’embout est disposé sur la rampe de manière à être dans le parfait prolongement de ladite rampe et de manière à accroitre la longueur de ladite rampe.

[00019] Selon une caractéristique possible de l’invention, la rampe de distribution comprend plusieurs canaux de sorties disposant chacun d’un logement destiné à recevoir un injecteur. Avantageusement, ces canaux de sortie sont parallèles entre eux et s’étendent perpendiculairement à un axe longitudinal de la rampe.

[00020] Selon une caractéristique possible de l’invention, la rampe de distribution de gaz possède un capteur de mesure de la température et de la pression des gaz circulant à l’intérieur de ladite rampe de distribution.

[00021] L’invention a pour autre objet un ensemble d’une rampe de distribution des gaz et d’une tubulure de circulation d’un fluide caloporteur pour la réalisation d’un groupe motopropulseur selon l’invention.

[00022] Selon l’invention, la tubulure de circulation du fluide caloporteur est métallique et la rampe de distribution est métallique, la tubulure de circulation de fluide étant brasée à la rampe de distribution. Préférentiellement, la tubulure de circulation de fluide caloporteur serpente autour de la rampe.

[00023] L’invention a pour autre objet un véhicule comprenant un groupe motopropulseur conforme à l’invention.

[00024] Selon l’invention, la tubulure de circulation de fluide caloporteur fait partie d’un circuit de refroidissement du moteur.

[00025] Un groupe motopropulseur selon l’invention présente l’avantage de pouvoir assurer, de façon sûre et fiable, une température suffisamment élevée des gaz transitant dans la rampe de distribution afin d’empêcher la formation de gouttelettes de liquide susceptibles d’être injectées dans les chambres de combustion. Il a de plus l’avantage de pouvoir assurer cette fonctionnalité supplémentaire sans avoir à subir de modifications structurelles en profondeur, et sans être plus encombrant.

[00026] On donne ci-après une description détaillée d’un mode de réalisation préféré d’un groupe motopropulseur selon l’invention, en se référant aux figures suivantes : [00027] [Fig. 1] La figure 1 est une vue en perspective d’une rampe et d’une tubulure de circulation d’un fluide caloporteur d’un groupe motopropulseur selon l’invention.

[00028] Le principe d’un groupe motopropulseur selon l’invention est de comporter une rampe 1 de distribution chauffante, destinée à chauffer un gaz à la sortie d’un vapo-détendeur qui vaporise le gaz provenant d’un réservoir de stockage, avant qu’il ne soit injecté vers des chambres de combustion d’un moteur à combustion interne, notamment dans des pipes d’admission d’un répartiteur d’air du moteur alimentant les chambres de combustion dans le cas d’une injection indirecte, ou en variante directement dans les chambres de combustion. Une telle rampe 1 chauffante peut être intégrée dans un groupe motopropulseur possédant un moteur à combustion interne avec un carburant à réchauffé en injection indirecte, comme par exemple du gaz naturel, du gaz de ville, ou du GPL.

[00029] Un groupe motopropulseur selon l’invention comprend un moteur à combustion interne, un réservoir de stockage de gaz en phase liquide, pouvant par exemple être du GPL comprenant essentiellement un mélange de butane et de propane, et un vapo-détendeur pour la vaporisation du gaz provenant du réservoir. Sur de tels groupes motopropulseurs, il y a un risque de recondensation du gaz en sortie du vapo-détendeur et plus précisément dans une rampe de distribution de carburant placée en sortie dudit vapo-détendeur vers laquelle le gaz théoriquement en phase uniquement gazeuse est acheminé. Dans ce cas, on injecte vers les chambres de combustion du moteur, notamment dans les pipes d’admission d’un répartiteur du moteur desservant lesdites chambres de combustion, un mélange gazeux comprenant une fraction liquide qui va mouiller les parois des pipes d’admission du répartiteur et empêcher au moins partiellement l’introduction du liquide dans lesdites chambres. Les conséquences d’une telle injection, est que la quantité de gaz injectée n’est pas bien maitrisée et le contrôle de richesse devient aléatoire.

[00030] Pour empêcher la formation de cette fraction liquide, un groupe motopropulseur selon l’invention, met en œuvre une rampe 1 de distribution de gaz qui est chauffante, ladite rampe 1 étant placée sur le circuit de gaz entre le vapo-détendeur placé à la sortie du réservoir de gaz, et les chambres de combustion du moteur, et plus précisément dans le cas d’une injection indirecte, entre le vapo-détendeur et un répartiteur en amont desdites chambres de combustion. Cette rampe 1 chauffante a pour objet de réchauffer les gaz transitant par celle-ci, et donc d’empêcher la formation de gouttelettes liquides en amont des chambres de combustion du moteur. Une telle rampe permet donc une injection uniquement de gaz, vers lesdites chambres, notamment dans un répartiteur du moteur dans le cas d’une injection indirecte.

[00031] En se référant à la figure 1 , La rampe chauffante 1 possède un corps 2 creux allongé, de forme parallélépipédique, ledit corps 2 présentant une section transversale de forme carrée. Ce corps creux 2 est délimité par une face d’entrée 3 et une face de sortie, chacune de forme carrée, lesdites deux faces 3 matérialisant les deux extrémités dudit corps creux 2 considérées le long d’un axe longitudinal de celui-ci. La rampe 1 présente un embout 4 rectiligne, de forme cylindrique, débouchant dans une zone centrale de la face d’entrée 3 du corps creux 2. De cette manière, l’axe de révolution de cet embout 4 est confondu avec un axe longitudinal et central du corps creux 2. L’embout 4 prolonge le corps creux 2 de manière à accroitre sa longueur. Cet embout 4 présente une collerette 5 sous la forme d’un bourrelet annulaire accroissant localement le diamètre extérieur dudit embout 4. Cet embout 4 est destiné à recevoir un conduit cylindrique en provenance d’un vapo-détendeur placé à la sortie d’un réservoir de gaz, ledit conduit étant emmanché à force autour de cet embout 4 rectiligne. Cette rampe 1 présente avantageusement trois canaux 6, 7, 8 de sortie des gaz, lesdits canaux étant parallèles entre eux et s’étendant perpendiculairement à un axe longitudinal du corps creux 2 de la rampe 1 .

Chacun de ces canaux 6, 7, 8 de sortie possède un logement 9 débouchant dans ledit canal 6, 7, 8 de sortie, et étant destiné à loger un injecteur (non visible sur la figure). Parmi les trois canaux 6, 7, 8 de sortie, deux canaux 6, 8 sont situés à proximité des deux faces 3 d’extrémité du corps creux 2 de la rampe 1 , et un troisième canal 7 est situé en position centrale sur ledit corps creux 2, en étant équidistants des deux autres canaux 6, 8 de sortie. Un capteur 9 de pression et de température est placé sur le corps creux 2 de la rampe 1 , ledit capteur 9 débouchant à l’intérieur du corps creux 2 pour mesurer la pression et la température des gaz transitant dans la rampe 1 . Il est à préciser que la rampe 1 est réalisée en métal. [00032] Une tubulure 10 de circulation d’un fluide caloporteur réalisée en métal, est brasée au corps creux 2 de la rampe 1 afin de réchauffer les gaz en provenance du réservoir, avant qu’ils ne soient réacheminés vers les chambres de combustion du moteur via les canaux de sortie 6, 7, 8 de ladite rampe 1 . Cette tubulure 10 est préférentiellement cylindrique et est de diamètre interne constant. Avantageusement, cette tubulure 10 est de forme hélicoïdale et s’enroule autour du corps creux 2 de la rampe 1 . Elle peut, par exemple, présenter en continu quatre boucles 11 , 12, 13, 14, s’étendant sur la totalité de la longueur du corps 2 creux de la rampe 1 . Autrement dit, chaque boucle entoure complètement le corps creux 2 de la rampe 1 en s’étendant sur une partie de la longueur de la rampe 1 . De cette manière, en entourant le corps creux 2 de la rampe 1 , la tubulure 10 de circulation de fluide caloporteur va chauffer de façon homogène et complète les gaz circulant dans la rampe 1 , en évitant d’instaurer un gradient de température dans lesdits gaz. Le fluide caloporteur peut par exemple être de l’eau, qui proviendrait d’un circuit de refroidissement du moteur, auquel cas la tubulure 10 ferait partie intégrante dudit circuit de refroidissement. La température de l’eau circulant dans la tubulure 10 peut par exemple être comprise entre 30°C et 80°C.

[00033] Ainsi, grâce à la présence de la tubulure 10 de circulation d’eau fixée autour du corps creux de la rampe 1 , les gaz circulant dans ladite rampe 1 vont être suffisamment chauffés pour prévenir la formation de gouttelettes liquides, qui seraient susceptibles de pénétrer dans les pipes d’admission d’un répartiteur du moteur et de s’accumuler sur leurs parois (on parle de « mouillage des parois »). Seuls des gaz dépourvus de gouttelettes liquides pénétreront dans les pipes d’admission du répartiteur, puis intégralement dans les chambres de combustion, grâce à la présence de cette rampe 1 chauffante. Le système d’injection d’un groupe motopropulseur selon l’invention est indirect. Le chauffage des gaz est très rapide, de l’ordre de quelques secondes.

[00034] Il est à noter que la tubulure 10 de circulation d’eau peut revêtir une multiplicité de forme, l’essentiel étant qu’elle soit an contact du corps creux 2 de la rampe 1 pour réchauffer essentiellement par conduction thermique les gaz circulant dans ladite rampe 1 .