Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne un moteur à combustion interne atmosphériques ou suralimentés.

La présente invention concerne plus particulièrement un moteur thermique comportant une carburation à base de gaz liquide.

La présente invention concerne aussi un moteur thermique à bicarburation à base d’essence et de gaz liquide.

La présente invention concerne particulièrement un circuit d’injection de carburant à base de gaz liquide.

Etat de la technique

Pour améliorer la qualité de l’air, les véhicules automobiles équipés d’un moteur thermique ou à combustion interne doivent vérifier des normes d’antipollution, notamment des normes européennes d’émission, dites normes Euro qui sont des règlements de l'Union européenne fixant les limites maximales de rejets polluants pour les véhicules roulants. Lesdites normes sont de plus en plus strictes s'appliquant aux véhicules neufs. Leur objectif est de réduire la pollution atmosphérique due au transport routier.

Pour les moteurs thermiques à bicarburation essence et gaz liquide qui comprend un mélange butane et propane, il est connu d’utiliser le carburant souhaité en fonction des conditions de fonctionnement. Ainsi il est connu de démarrer le moteur en mode essence. Le moteur monte alors en température et notamment le liquide du circuit de refroidissement. Ce liquide peut être amené vers le circuit d’alimentation en gaz liquide, notamment vers un détendeur disposé en sortie d’un réservoir de gaz liquide, pour chauffer le gaz et préparer la bascule en carburation gaz liquide. Le détendeur dispose d’un système de réchauffage par l’eau moteur, qui va permettre de récupérer une partie de la puissance thermique apportée par l’eau au GPL liquide pour le vaporiser.

En particulier, il est nécessaire de s’assurer que les températures moteur sont suffisantes pour que le carburant liquide soit vaporisé au niveau de l’admission dans le moteur, notamment dans un détendeur.

La norme Euro7 impose par exemple de basculer le moteur thermique équipé en bicarburation essence et gaz, en carburation gaz ou mode GPL après 40 s. Avec les solutions actuelles, il n’est pas possible d’obtenir du GPL gazeux à cet instant, car la quantité de chaleur apportée par l’eau du moteur n’est pas suffisante.

Un cas de fonctionnement du moteur peut par exemple poser un problème. Le cas est le suivant : avec un moteur froid, la puissance thermique apportée par l’eau moteur étant quasiment nulle, il n’est pas possible de vaporiser le GPL liquide. Il faut donc attendre un temps relativement long pour que l’eau moteur atteigne une température suffisante et nécessaire à la vaporisation du GPL, pour pouvoir basculer en mode GPL. Ce temps (environ 3 à 4 minutes) étant très supérieur à celui imposé par la norme (40 secondes), il n’est pas possible avec le système actuel de basculer en mode GPL et de respecter la norme.

Des publications proposent de chauffer le gaz par un dispositif de chauffage ajouté à un moteur thermique.

La publication US6976455-A1 décrit un système de chauffage de gaz GPL disposé directement dans le détendeur et comprenant une boucle du circuit de refroidissement du moteur.

Un inconvénient est que le chauffage peut être éloigné des injecteurs de carburant dans le moteur thermique et de ce fait, on peut avoir des condensations notamment en amont des injecteurs, nuisant au fonctionnement du moteur.

Un autre inconvénient est le temps de montée en température du liquide de refroidissement pour pouvoir chauffer le gaz.

Il est aussi connu de disposer des résistances chauffantes directement dans une rampe d’injection de gaz.

Un inconvénient est l’encrassement possible desdites résistances également leurs défaillances, ce qui implique de pouvoir remplacer lesdites résistances de chauffe.

Le but de l’invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l’invention est un circuit d’alimentation en gaz de moteur thermique comprenant un dispositif de chauffe rapide de gaz et facilement remplaçable.

Présentation de l’invention

La présente invention concerne plus particulièrement un circuit d’injection de gaz d’un moteur thermique de véhicule automobile comprenant un conduit d’alimentation de gaz connecté avec une rampe d’injection de gaz dans laquelle est agencé au moins un injecteur de gaz qui débouche dans un canal d’admission du moteur, ledit conduit d’alimentation traversant un échangeur de chaleur avec un circuit de refroidissement du moteur,

Caractérisé en ce que le conduit d’alimentation comporte un dispositif de vaporisation des gaz agencé à l’entrée de la rampe.

De manière avantageuse, le conduit d’alimentation du carburant gaz liquide passe par un dispositif de vaporisation du carburant pour l’amener en phase gazeuse juste avant son injection via les injecteurs dans le canal d’admission. Le dispositif est agencé à l’entrée de la rampe pour assurer une vaporisation optimale du flux de gaz qui le traverse et juste avant les injecteurs ou au plus proche des injecteurs pour pallier des problèmes de condensation dans la rampe.

Selon d’autres caractéristiques de l’invention ; -le dispositif est un dispositif électrique.

De manière avantageuse, le dispositif de vaporisation est de type électrique pour assurer la vaporisation du gaz dans les premiers instants de démarrage du moteur thermique, notamment de démarrage de moteur à froid.

-le dispositif de vaporisation comprend une cartouche de chauffage électrique logée dans un conduit d’entrée de la rampe.

De manière avantageuse, une cartouche de chauffage électrique est logée dans un conduit d’entrée de la rampe pour permettre de vaporiser facilement l’ensemble du flux de gaz traversant le conduit d’entrée et d’assurer un flux gazeux dans ladite rampe juste avant son injection dans le canal d’admission du moteur.

-le conduit d’entrée comporte une couche de protection électrique et thermique entourant sa paroi extérieure.

De manière avantageuse, le conduit d’entrée comporte une couche de protection thermique et électrique qui recouvre sa paroi extérieure pour pallier des problèmes de pertes thermiques et de conductivité électrique.

-la cartouche de chauffage comprend un filament électrique.

De manière avantageuse, la cartouche de chauffage comprend un filament électrique qui est logé dans le conduit d’entrée et de passage du carburant GPL, et en contact avec ledit carburant pour permettre une vaporisation optimale.

-le filament électrique est enroulé en serpentin.

De manière avantageuse, le filament électrique est enroulé en serpentin formant un solénoïde pour assurer un contact optimal avec le carburant liquide dans toute la section de passage du conduit d’entrée.

-la cartouche comprend des serpentins de filaments électriques qui s’étendent de façon sensiblement parallèle à l’axe du conduit d’entrée.

De manière avantageuse, la cartouche comprend plusieurs serpentins de filaments électriques qui s’étendent de façon sensiblement parallèle à l’axe du conduit d’entrée pour disposer d’une grande puissance de chauffe et de vaporisation. Il est possible que les serpentins soient remplacés, pour des raisons de fiabilité par une ou des résistance(s) thermique(s) de type thermoplongeur.

-la cartouche présente une puissance de chauffage variable.

De manière avantageuse, la cartouche présente une puissance de chauffage variable qui peut être activée en fonction de la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement. La puissance de chauffage est sensiblement décroissante avec l’augmentation de la température du liquide de refroidissement. - le dispositif de vaporisation comprend un moyen de détection de défaillance de la cartouche électrique.

De manière avantageuse, le dispositif de vaporisation comprend un moyen de détection de défaillance de la cartouche électrique pour avertir la maintenance et le remplacement de la cartouche.

-Le dispositif de vaporisation est monté entre le conduit d’alimentation et l’entrée de la rampe de manière réversible.

De manière avantageuse, le dispositif est monté de manière réversible pour pallier les problèmes de défaillances de la cartouche de chauffage.

- le conduit d’entrée est connecté à la rampe et au conduit d’alimentation de manière réversible.

De manière avantageuse, le conduit d’entrée contenant la cartouche électrique peut être retiré du conduit d’alimentation pour faciliter un échange rapide de la cartouche électrique défaillante.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :

[Fig. 1] est une vue schématique d’un circuit d’alimentation de gaz liquide d’un moteur thermique

[Fig. 2] est une vue schématique de coupe longitudinale d’un dispositif de vaporisation de gaz. [Fig. 3] est une vue schématique de coupe transversale du dispositif de vaporisation de gaz. Description détaillée des figures

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.

Les termes amont/aval se réfèrent à un sens de circulation des gaz dans le circuit ici d’alimentation.

L’invention concerne un circuit d’alimentation de carburant GPL qui est un acronyme pour Gaz de Pétrole Liquéfié qui comprend du butane ou du propane, pour un moteur thermique de véhicule automobile.

L’invention peut aussi concerner un circuit d’alimentation de carburant GPL pour un moteur thermique en bicarburation essence et GPL.

La description présente un tel moteur avec une bicarburation pour avoir différents cas possibles de fonctionnement du moteur. Comme représenté en figure 1 , le moteur thermique comporte un circuit d’alimentation 100 en gaz GPL qui comprend successivement selon le sens de circuit du carburant un réservoir de gaz 30, un détendeur 11 agencé à la sortie du réservoir de gaz 30, et un conduit d’alimentation 31 d’amener dudit gaz jusqu’à une rampe d’injection 32. Ladite rampe présente ici une forme sensiblement cylindrique délimitant une chambre 32 des gaz. Dans ladite chambre des gaz 33, débouchent des injecteurs de carburant 34. Les injecteurs de carburant traversent la paroi de la chambre pour déboucher dans un répartiteur d’admission ou des canaux d’alimentation du moteur thermique.

Les gaz peuvent alors être mélangés avec de l’air d’admission avant d’entrer dans une chambre à combustion du moteur.

Le moteur thermique comporte de manière connue un circuit de refroidissement 35 dans lequel circule un liquide de refroidissement à base d’eau. L’eau est à une température donnée proche de la température ambiante du moteur lorsque le moteur est à froid.

Le fonctionnement du moteur thermique entraîne réchauffement des différents éléments du moteur et donc du liquide de refroidissement apte à prélever une quantité de chaleur au contact des zones chaudes desdits éléments du moteur.

Il est connu de recourir à ce liquide de refroidissement pour chauffer le conduit d’alimentation 31 en aval du détendeur 11 . Ledit chauffage peut être juste en aval dudit détendeur 11 .

Par exemple, le chauffage peut être effectué grâce à un échangeur de chaleur 36 de type eau- gaz connecté d’une part avec le conduit d’alimentation des gaz 31 et d’autre part avec le circuit de refroidissement 35, dans lequel, dans notre cas, le liquide de refroidissement cède de sa chaleur au gaz notamment pour le chauffage des gaz.

Le carburant GPL formé par un mélange de butane et de propane liquide est introduit dans le moteur grâce au conduit d’alimentation 31 qui connecte le détendeur 11 à la rampe d’injection 32.

Le carburant traverse un dispositif de vaporisation 10 du carburant liquide agencé en amont de la rampe d’injection 32. De manière préférentielle, le dispositif de vaporisation est agencé au plus près de l’entrée de la rampe d’injection, notamment au plus près des injecteurs de carburant 34, afin de pallier des problèmes de condensation susceptibles de se produire sur la distance entre ledit dispositif et les injecteurs 34.

Selon la figure 2, le dispositif de vaporisation comprend un conduit d’entrée 12 dans lequel est logée une cartouche de chauffage 14. Le sens de circulation des gaz est défini par les flèches.

De manière préférentielle, le conduit d’entrée est de forme tubulaire cylindrique dans la continuité du conduit d’alimentation 31 .

La section de passage du conduit d’entrée 12 peut cependant être supérieure à la section de passage du conduit d’alimentation 31 pour augmenter la puissance du dispositif de vaporisation 10. Selon un mode de réalisation, le conduit de passage 12 comprend un tube cylindrique dont les deux extrémités sont obturées par des moyens de connexions réversibles 12a. Les moyens de connexions réversibles 12a peuvent des couvercles recouvrant les extrémités du conduit d’entrée, lesdits couvercles présentent une ouverture avec une section de passage équivalente aux sections de passage de la rampe d’injection et du conduit d’alimentation et connectés de manière simple et réversible, par exemple par vissage ou par clipsage, à la rampe et au conduit d’alimentation.

Le conduit de passage 12 comprend une couche de protection thermique 12p et électrique afin d’une part de réduire les pertes de chaleur lors du fonctionnement dudit dispositif et d’isoler électriquement le dispositif de son environnement moteur.

Au moins un des deux couvercles peut être déboité du tube cylindrique pour extraire la cartouche électrique 14. On peut également avoir d’autres dispositifs de vaporisation démontables sans remettre en cause l’invention.

De manière préférentielle, le dispositif de vaporisation 10 est un dispositif électrique. La vaporisation est effectuée grâce à un élément de chauffe électrique 13 afin d’obtenir d’une part une vaporisation contrôlée en fonction de conditions de fonctionnement du moteur, d’autre de pouvoir déclencher la vaporisation du gaz liquide même avec un moteur froid ou lors de démarrages à froid du moteur.

Selon un mode de réalisation, la cartouche de chauffage électrique 14 comprend un filament électrique 13 maintenu dans la chambre 12c du conduit d’entrée.

Le filament électrique 13 peut être enroulé autour d’un axe sensiblement parallèle à l’axe du conduit d’entrée 12 pour former un serpentin électrique 15s ou un solénoïde et présente donc une section de passage des gaz 15’ sensiblement parallèle à la section de passage 12’ du conduit d’entrée.

Selon un autre mode de réalisation selon la figure 3, la cartouche électrique 14 peut comprendre plusieurs serpentins électriques 15s de moindre section de passage et répartis en périphérie de la chambre 12c du conduit d’entrée. On peut ainsi accroître la puissance de vaporisation du dispositif 10. La cartouche électrique pourra être constituée d’autant de serpentins chauffants que nécessaires pour assurer l’apport calorifique nécessaire et suffisant à la vaporisation du GPL. La section de passage de la chambre 12c peut être supérieure à la section de passage du conduit d’alimentation et/ou de la rampe d’injection pour accueillir le nombre de serpentins électriques.

De manière préférentielle, le ou les serpentins électriques 15s sont maintenus dans la chambre 12c du conduit d’entrée 12 par des systèmes d’accrochage simples permettant de les extraire ou les enlever de leur logement. On peut avoir par exemple des rails de guidage 15r et de maintien des serpentins 15s.

De manière préférentielle, la cartouche électrique 14 peut comprendre un moyen de détection de défaillance 14d, par exemple un testeur pour détecter une rupture d’un filament 13. Le testeur de défaillance pourra envoyer l’information à une unité de contrôle 38 afin de pouvoir remplacer l’élément défectueux.

Il suffit alors de débrancher la cartouche électrique 14 et de désolidariser le conduit d’entrée 12 du conduit d’alimentation 31 et de la rampe d’injection 32 par dévissage, puis de remplacer la cartouche électrique défaillante ou de remplacer en totalité le conduit d’entrée 12 avec une nouvelle cartouche électrique 14.

La cartouche électrique 14 est reliée à une batterie électrique (non représentée) et à l’unité de contrôle qui reçoit également une information de la température du liquide du circuit de refroidissement 35.

De manière simple et après une phase de validation par exemple, on peut ajuster la puissance du dispositif de vaporisation 10 en fonction de la température du liquide du circuit de refroidissement 35. La puissance électrique nécessaire sera ajustée à chaque pas de temps de calcul de l’unité de contrôle 38.

La puissance électrique sera ainsi corrigée de la puissance thermique apportée par le réchauffage de l’eau moteur, qui au bout d’un certain temps (3-4 minutes) devient suffisante pour assurer seule la vaporisation du GPL. Dès lors, le dispositif de vaporisation sera arrêté.

De manière préférentielle et afin de réduire au maximum la consommation électrique du dispositif de vaporisation 10, on peut piloter la puissance apportée à la cartouche électrique 14 en fonction des besoins, essentiellement en fonction du débit de carburant consommé par le moteur.

L’objectif est atteint :

Le dispositif de vaporisation 10 permet d’assurer une vaporisation du gaz liquide avant l’injection dans les canaux d’admission du moteur, même lors de démarrages à froid. La consommation électrique est réduite en fonction des besoins de débit de carburant et également en fonction de la montée en température du circuit de liquide de refroidissement qui est apte à chauffer le gaz liquide et remplacer le dispositif de vaporisation à partir par exemple d’un seuil de temps ou de température du liquide de refroidissement. De plus le dispositif de vaporisation possède sa propre détection de défaillance et est facilement remplaçable.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Le dispositif de vaporisation peut présenter différentes formes avec différentes longueurs ou sections de conduit d’entrée 12 et de cartouches électriques 14, ou différentes structures du conduit d'entrée 12 avec par exemple un conduit d’entrée formé par deux demi-coquilles cylindriques qui peuvent être fixée l’une à l’autre de manière simple et réversible.