Brevet FR2337256A1 — publié le 19770729

La présente invention concerne des dispositifs de régulation de fluides dans lesquels un état du fluide, telle qu'une Pression ou un débit sonumétrique, peut être réglé d'une manière automatique pour maintenir une relation pré- déterminée avec un signal variable d'ordre. De tels disnositifs cnmprennent Drincipalement un ensemble capteur permettant de détecter la relation entre un état ou une condition existante du fluide et un signal d'ordre, et un régulateur commandé ou contrôlé par un signal de sortie de l'ensemble canteur pour régler la condition du fluide si celle-ci s'écarte d'une relation prédéterminée avec le signal d'ordre de manière à rétablir cette relation prédéterminée Le dispositif de régulation de fluides, selon 1'in- vention,est prévu pour présenter une application particulière bien que non exclusive dans l'amenée de combustibles hydrocarbonés vaporisés (appelés ci-après gaz naturels liquéfiés), tels que du propane, vers des moteurs à combustion interne. Dans l'invention, le signal d'ordre peut être amen à se manifester lui-même de manière continue en tant que pression du fluide en liaison avec l'état de fonctionnement du moteur et du réglage du pavillon, par exemnle nar l'utilisation d'un venturi placé dans l'admission du moteur à l'amont du papillon. L'invention a principalement nour objet un dispositif de régulation dlectro-fluidique approprié pour la régulation de l'alimentation en gaz naturel liquéfié de moteurs à combustion interne. Conformément à l'invention, l'ensemble capteur du dispositif de régulation présente des moyens pour dériver une pression de commande d'un fluide représentative de la relation entre une condition existante du fluide et un signal d'ordre, une chambre de commande dans laquelle ladite pression de commande du fluide agit en opposition à une pression de référence appliquée sur un organe de commande mobile,ledit organe de commande mobile faisant partie d'un transducteur, de sorte qu'un signal électrique de sortie représentatif de la position instantanée dudit organe de commande est produit d'une manière continue par ensemble capteur, et en ce que ledit régulateur est prévu pour être commandé par ledit signal électrique de sortie de manière à régler la condition existante du fluide de telle façon que la pression de commande du fluide soit maintenue à une valeur sensiblement constante. De préférence, l'organe de commande comprend im diaphragme souple dont le coefficient d'élasticité est qensi- blement constant de sorte qne sa déformation à partir d'une position de repos est proportionnelle W la pression différen- tielle appliquée sur lui, le diaphragme portant un élément dont la position est détectée nar l'ensemble capteur. L'organe de commande peut faire partie d'un dispositif à impédance, par exemple un dispositif inducteur ou un dispo- sitif capacitif, qui module une forme d d'onde de courant alternatif selon la position de l'organe de commande de manière à fournir ledit signal lectrique de sortie. Un circuit détecteur convertit ensuite l'onde modulée en une représentation analogique. Le transducteur peut éalement comprendre un dispositif électro-optique qui fonctionne avec un courant continu et produit directement la représentation analogique. Cette représentation analogique peut alors être utilise pour commander ou contrôler l'excitation d'un organe de commande de débit proportionnel actionné par un solénoïde et constituant ledit régulateur. Lors de l'application du dispositif de régulation conforme A l'invention au système de carburation d'un moteur à combustion interne utilisant du gaz naturel liquéfié de ma nière à régler le débit volumétrique de gaz naturel liquéfié, ladite pression de commande du fluide peut être dérivée en reliant une pression négative, dérivée d'un venturi placé A l'amont du papillon du carburateur, A une pression positive régnant dans la canalisation d'amenée du gaz naturel liquéfié. Cecipeut être effectué en détectant directement les pressions régnant dans le venturi et dans la canalisation d'amenée La canalisation d'amenée peut également être reliée au carbura- teur de telle facon que la pression nécessaire de commande du fluide soit automatiquement établie dans la canalisation. Comme on le voit d'après ce qui suit, les systèmes de carburation de moteurs à essence et notamment de moteurs à explosion interne peuvent être facilement adaptés nar une simple conversion pour être utilisés avec du gaz naturel liqué- fié en utilisant le dispositif de régulation conforme à l'invention et il est encore possible de faire fonctionner le moteur avec de l'essence en tant qu'alternative de source de combustible. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est un schéma d'un disnositif de régulation de fluide selon l'invention et appliqué à la converson d'un carburateur classique à essence nour son utilisation avec du gaz naturel liquéfié. La fig. 2 est un schéma montrant comment le dispositif de la fig. I est utilisé pour la conversion d'un carburateur double corna essence nnur son utilisation avec du gaz naturel liquéfié. La fig. 3 est un schéma d'un dispositif de régulation de fluide conforme A l'invention et appliqué à un carburateur à gaz naturel liquéfié. La fig. 4 est un schéma d'un autre dispositif de régulation de fluide conforme à l'invention. La fig. 5 représente un schéma synoptique de la partie électronioue du dispositif de régulation commune aux dispositifs des figures 1 à 4. La fig. 6 est une vue éclatée représentant l'ensemble mécanique du dispositif de régulation. La fig. 7 est une vue en coupe montrant l'ensemble mécanique du capteur. Â 3 figure I, on a représenté une canalisation 81 prévue pour amener un gaz naturel liquéfié depuis un réservoir de stockage, non représenté, jusqu'à un régulateur de pression principal 2. Depuis le régulateur 2, le gaz naturel liquéfié s'écoule en passant à travers une vanne A à solénoïde 3 à débit proportionne1 et pénètre dans une canalisation 1 qui présente a' sa sortie une buse d'injection 4 qui est placée dans la prise d'air normale d'un carburateur 50 du type carburateur à essence au-dessus du venturi 5 du carburateur. Le solénoïde 3a de la vanne 3 est relié à la sortie d'un ensemble électronique de commande 6 qui est contrôlé à son tour par un capteur de pression 7 (voir également la fig.7) comprenant une chambre de commande 8,un diaphragme 9 en caoutchouc faiblement siliconé monté dans la chambre 8 sous une légère tension et une bobine 10 qui capte ou évalue la distance la séparant d'une pastille 51 montée au centre du diaphragme 9. L'utilisation d'un caoutchouc faiblement siliconé procure une lasticit constante, c'est-à-dire un diaphragme à coefficient constant. Le diaphragme 9 divise la chambre 8 en deux souschambres 8a et 8b. La sous-chambre 8a est en communication avec l'atmosphère, ce qui fournit une pression de référence agissant sur un côté du diaphragme. La chambre 8b est reliée à la canalisation 11 qui contient un ajutage tampon 49 et se sépare en deux canalisations 11a et 11b contenant des aJu- tages 52 et 53 qui peuvent être de dimension égale ou diffé- rente. La canalisation 11a débouche par l'intermédiaire d'un petit orifice dans le rétrécissement du venturi 5 du carburateur et la canalisation 11b débouche dans la canalisation 1 d'amenée du gaz.Une pression négative est ainsi créée dans la canalisation 11a reliée à la pression négative au niveau du rétrécissement du venturi 5 et une pression positive est créée dans la canalisation 11b reliée à la pression régnant dans la canalisation 1. La pression négative de la canalisa- tion 11a est une mesure de l'exigence du moteur car cette pression dépend des conditions de fonctionnement du moteur et de l'état du papillon 54 et constitue ainsi un signal d'ordre La pression positive de la canalisation 11b est une mesure du débit volumétrique en liaison avec le signal d'ordre Les pressions positive et négative sont additionnées au niveau du point A et la pression résultante est amenée par l'intermédiaire de la canalisation 11 à a sous-chambre 11b et agit ainsi sur le diaphragme en opposition de la pression de réfé- rence régnant dans la sous-chambre 8a. La fig. 2 montre une adaptation du dispositif de la fig. 1 à un carburateur à double corps, le papillon 56 étant totalement ouvert avant que le papillon 57 ne soit ouvert. Dans ce cas, la canalisation Il présente une branche supplé- mentaire 11c débouchant par l'intermédiaire d'un petit orifice, dans le rétrécissement du second venturi 58 et contenant un ajutage 59. Le dispositif de la fig. 2 est, en ce qui concerne les autres éléments, identique à celui de la fig.1. la fig. 3 représente un dispositif de carburation prévu pour être utilisé uniquement avec du gaz naturel liquéfié. Dans ce dispositif, la canalisation I débouche dans le rétrécissement du venturi 61 du carburateur et contient une vis principale 62 de réglage du mélange qui, en liaison avec la pression régnant dans li; canalisation 1, détermine la richesse du mélange lorsque le moteur tourne au ralenti.La canalisation 11 ne se sépare pas en deux comme dans le cas de la fig. 1 mais est reliée directement à la canalisation 1. Une pression est ainsi créée dans la canalisation 11, pression qui est reliée n la pression de la canalisation 1 et indique par conséquent la relation existant entre le sienal d'ordre déter- miné par la pression négative régnant dans le venturi 61 et le volume du gaz amené dans la canalisation I. En ce qui concerne les autres éléments de la fig.3, le dispositif représenté est le mEme que celui de la fig. 2. Le fit 4 montre une variante du dispositif de la fig. 1 et à cette figure le signal d'ordre est mesuré dans l'entrée d'air vers le carburateur à l'amont d'un filtre à air 63 grâce à l'emploi d'un venturi distinct 64. Les autres éléments du dispositif de la fig. 4 sont les mêmes que ceux de la fig. 1. La fig. 5 représente un schéma synoptique de l'ensem- ble de commande 6, du capteur associé 7 et du solénoïde fa de la vanne 3. La bobine 10 du capteur fait partie d'un oscillateur RF 70 dont la sortie est modulée en liaison de la distance de la pastille 51 par rapport à la bobine 10. Si la pastille 51 est réalisée en certains métaux, la modulation sera une modula tion d'amplitude, et si la pièce 51 est réalisée en ferrite, la modulation sera une modulation de fréquence car ce sera l'induc- tance de la bobine 10 qui variera pltôt que son coefficient Q. La sortie de l'oscillateur RF est appliquée à un détecteur 71 qui transforme le signal modulé sortant de l'oscillateur 70 en un signal analogique. Le signal sortant du détecteur 71 est appliqué à un intêgrateur 72 qui a pour but d'effectuer l'intégration nécessaire du signal analogique de manière à maintenir la stabilité de la boucle électro-fluidique dont elle fait partie. Le signal sortant de 1'intégrateur est appliqué à un amplificateur de puissance 73 pour atteindre le niveau nécessaire d'excitation de la bobine 3a du solénoïde. L'ensemble de réglage 55 est représenté comme commandant l'oscillateur HF et commande ou contrôle ainsi le niveau de modulation pour une distance donnée de la pastille 51 par rapport la bobine 10. L'ensemble de réglage 55 est à son tour contrôlé ou command par nn ensemble de commande de tempéra- tUre 74 de sorte que le signal appliqué à l'oscillateur 70 dépend salement de la température. Ceci est avantageux dans toutes les conditions de démarrage à froid du moteur. Le dispositif de régulation comprend ainsi une boucle électro-fluidique dans laquelle la différence entre les pressions régnant dans les sous-chambres 8a et 8b est proportionnelle au réglage de l'ensemble de réglage 55 et au gain en boucle ouverte de la boucle électro-fluidique. Le circuit d'excitation, pon représenté, de l'ensemble de commande 6 est prélevé par exemple sur la batterie du moteur. Un câble 76 conduit du contact 75 du rupteur du distributeur du moteur jusqu'au circuit d'amplification 77 dont le signal de sortie est appliqué au carburateur 72. Le circuit 77 fournit à l'intégrateur une impulsion de durée brève au début des imnulsions provenant du distributeur du moteur. Cette impulsion de durée brève provoque à son tour que le signal de sortie de l'intêgrateur augmente l'excitation du solénoïde 3a d'une manière momentanée et augmente par cons4- quent l'amenée du gaz sur la canalisation 1 sous la forme d'une bouffée de gaz au niveau de la buse 4. Ceci est très avantageux pour ie démerrage du moteur. Le câble 76 provenant du contact 75 conduit également à un circuit d'inhibition 78 de sorte se l'excitAtion du solénoïde est supprimée en absence d'impulsions provenant du distributeur du moteur, ce qui crée un arrêt de l'alimenta- tion en gaz naturel liquéfié. lors du fonctionnement du dispositif de régulation, le gain de la boucle ouverte est très élevé c'est-à-dire que, pour une faible déformation du diaphragme, la modification du signal de sortie de l'amplificateur de puissance est relativeinent très importante. Ainsi, pour un signal d'ordre donné, le diaphragme est mis dans une position d'équilibre qui est3 pour des raisons pratioues, toujours la même de sorte que la pression au niveau du point À reste constante. Lors de l'établissement du dispositif de régulation, les dimensions de la buse d'injection 4 sont choisies de manière à présenter une relation donnée avec la surface de la sectlon droite du rétrécissement du venturi 5 et les dimensions des ajutages 52 et 53 sont choisies pour présenter une relation prédétarminée entre eux et avec les dimensions de la buse d'injection 4 de manière à déterminer la proportion du mélange principal air/combustible. L'ensemble de réglage 55 est réglé avec le moteur au ralenti de facon à obtenir un rapport air/combustible du mélange, lorsque le moteur fonctionne au ralenti, produisant la faible émission de CO disirEe dans les gaz d'échappement du moteur On voit nue ceci règle à une certaine valeur la pression au niveau du point A. Si le signal d'ordre varie, par exemple par un réglage du papillon 54, ceci provoque une variation de la pression au point Â ce qui provoque à son tour un changement de la pression différentielle entre les chambres 8a et 8b et le diaphragme 9 se asplrsce en raison de ce changeent. Etant donné que le mouvement est amorti par l'ajutage tampon 49, le taux du wousement est déterminé par la variation de pressinon Le mouvement du diaphragme, et donc le mouvement de la pastille 51, provoque une variation dans la modulation du signal de sortie HF de l'oscillateur 70, et ceci fait à son tour changer l'état de charge de l'intégrateur 72 et donc changer le courant d'excitation du solénoïde 3a pour modifier le débit de gaz dans le sens du retour de la pression en À à sa valeur d'origine. Lorsqu'on approche de cette pression d'origine, le diaphragme retourne presque à sa position d'origine, et l'intégrateur est alors maintenu à sa nouvelle valeur de charge tant que le signal d'ordre reste le même. Les fig. 6 et 7 montrent l'ensemble mécanique de la vanne de commande du solinolde ainsi que le capteur et l'en semble de commande associés. Le régulateur de pression princi- pal 2 et la vanne A solénoïde 3 à débit proportionnel sont montés sur un support principal 12. La bobine 10 du capteur 7 et l'ensemble de commande lectronique 6, à l'exception de l'amplificateur de puissance 73, constituent un ensemble por tant la référence 41. Le support principal 12 incorpore nécessairement une partie de la canalisation 1 d'amenée de gaz et de-la canalisation 11. Le régulateur de pression principal 2 est de réalisa- tion sensiblement usuelle et comprend un clapet sphérique 13, un plongeur 14, un ressort 15 et un capuchon de retenue 16. Le plongeur 14 n'est toutefois pas de réalisation habituelle et comprend un siège pour une bague en 0 17, qui, au lieu d'être de réalisation rectangulaire ordinaire, est découpée sur son bord arrière pour permettre à la bague en O de se déplacer quelque peu dans la rainure de manière à réduire l'usure de la bague en O ainsi que l'hystérisis mécanique du plongeur 14. La vanne à solénoïde 3 à débit proportionnel comprend une armature 18 poussée par un ressort 19 présentant un capu chon 20. L'armature 18 est logée à l'intérieur d'une bobine 21 formée sur un gabarit d'enroulement 22. L'ensemble du solénoïde est maintenu en place par une embase 23, une enve loppe externe 24 et une plaque supérieure 25. L'armature est creusée à son extrémité inférieure pour recevoir un élément d'étanchéité 26 en forme de disque de caoutchouc. L'embase 23 du solénoïde est percée de deux trous taraudés 27 prévus pour venir en prise avec des boulons non représentés qui passent à travers des trous 28 du support -principal 12. Le support 12 présente une chambre 29 avec un orifice d'entrée 31. Un siege de vanne 30 entoure la sortie de l'orifice 31. La chambre 29 présente un orifice de sortie 32.DU gaz naturel liquéfié est amené dans la chambre 29 par la canalisation principale 81 (fig.1) et traverse le régu- lateur de pression principal 2 pour pénétrer dans la chambre 29 par l'intermédiaire de l'orifice 31- Le gaz sort vers le canalisation 1 par l'orifice 32. Une vis de réglage non représentée est montée dans un trou taraudé 35 prévu sur la plaque supérieure 25 du solénoïde et vient en contact avec le capuchon 20 pour permettre un réglage du ressort presseur 19. Le capteur 7 présente un couvercle 36 (voir fig.7) qui serre le pourtour du diaphragme 9 au support principal 12 au-dessus d'une chambre prévue dans le support qui constitue ainsi la sous-chambre 8b. Le diaphragme 9 est de forme ondulée et présente une partie interne dans laquelle est lovée une rondelle métallique formant la pastille 51. Le diaphragme 9 est tendu lorsqu'il est mis er ce et serre de telle sorte qu'il est poussé vers une position centrale. La bobine 10 du capteur qui est de réalisation usuelle est montée à l'intérieur d'une enveloppe 39 du couvercle 36. La vanne a solénoïde 3 à débit proportionnel fonctionne de la manière suivante. Dans la position désexcitée du solénoïde, l'armature est pressée vers le bas par le ressort presseur 19 de telle sorte que l'organe d'étanchéification 26 vienne en contact avec le si 30 pour fermer l'orifice 31. Lorsque le solénoïde est excité à partir-de l'ensemble de commande 6, il soulève l'armature 18 contre la poussée du ressort tresseur 19. Au fur et à mesure aue l'armature 18 se soulève, du gaz passe sous l'armature 18 en provenance de l'orifice 31 et parvient dans la chambre 29. Le volume de l'écoulement gazeux dépend de l'écarte- ment de l'armature par rapport à l'orifice 31, et cet écartement dépend à son tour du niveau d'excitation du solénoïde. Un ensemble de chauffage électrioue 79 est monté sur le support 12 pour fournir une source de chaleur permettant la vaporisation du gaz naturel liquéfié depuis l'étant liquide jusqu'à l'état gazeux. L'invention n'est pas limitée aux exemples de ralisa- tion, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre REVENDICATIONS 1 - Dispositif de régulation de fluides, carnetErisé en ce qu'il comprend un ensemble capteur permettant de détecter la relation entre une condition existante du fluide et un signal d'ordre, et un régulateur commandé ou contrôlas par un signal de sortie provenant de l'ensemble capteur de manière à régler la condition du fluide si celle-ci s'écarte d'une relation prédéterminée avec le signal d'ordre de manière à rétablir cette relation prédéterminée, en re que ensemble capteur présente des moyens nour dériver une pression de commande du fluide représentative de la relation entre une condition existante du fluide et un signal d'ordre, une chambre de commande dans laquelle ladite pression de commande du fluide agit en opposition à une pression de référence appliquée sur un organe de commande mobile, ledit organe de commande mobile faisant partie d'un transducteur, de sorte qu'un signal électrique de sortie représentatif de la position instantanée dudit organe de commande est produit d'une manière continue par ledit ensemble capteur, et en ce que le régulateur est Drssvu pour être commande par ledit signal électrique de sortie de manière à régler la condition existante du fluide de telle manière aue la pression de commande du fluide soit maintenue à une valeur sensiblement constante. 2 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur comprend un organe de commande de débit proportionnel actionné par un solénode et dont l'excitation électrique est commandée par ledit signal électrique de sortie. 3 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite pression de référence a une valeur sensiblement constante. 4 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pression de référence est la pression atmosphérique. 5 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit organe de commande comprend un diaphragme souple dont le coefficient d'élasticité est sensiblement constant et aui comporte un organe dont la position est représentée par la valeur dudit signal de sortie électrique. 6 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 1 n 5, caractérisé en ce aue ledit organe de commande fait partie d'un élément à impédance qui est prévu pour moduler une forme d'onde de courant alternatif selon la position de l'organe de commande de manière à former ledit signal électrique de sortie. 7 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément à impédance comprend une inductance dont la caractéristique est modifiée en dépendance de la proximité de l'organe de commande de manière à moduler la forme d'onde d'un oscillateur HF. 8 - Dispositif de relation de fluides suivant l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce aue la forme d'onde de courant alternatif modulé est prévue bour être appliquée à un dotecteur de manière à produire un signal de sortie analogique reprêsentat'f de a position de l'organe de commande. 9 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 8, caractérisé en ce aue le signal de sortie du détecteur est prévu pour entre appliqué à un intégrateur- 10 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le signal de sortie de l'intégrateur est prévu pour commander le niveau de sortie d'un amplificateur de puissance dont le signal de sortie est prévu pour exciter ledit régulateur. Il - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'on prévoit un ensemble de réglage de sorte que pour une positon donnée dudit organe de commande on peut régler le niveau de modulation de la forme d'onde de courant alternatif. 12 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 1 A 5, caractérisé en-ce aue le transducteur comprend un dispositif électro-optique. 13 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce ou'il est utilisé en liaison avec le système de carburation d'un moteur à combustion interne prévu pour être alimenté en gaz naturel liquéfié, ledit régulateur tant prévu pour commander le débit volumé- trique de gaz naturel liqu fiF sur une canalisation conduisant dans le système de carburation, et la pression de commande du fluide étant dérive en reliant une pression négative dérivée d'un venturi à une pression positive dérivée de la conduite d'alimentation. 14 ~ Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un carburateur qui est également prévu pour titre utilisé avec de l'essence, et en ce que la canalisation d'amenée de gaz naturel liquéfié aboutit à une buse prévue dans l'entrée d'air du carburateur. 15 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la pression de commande du fluide est dérivée en détectant séparément les pressions régnant dans la canalisation d'amenée et dans un venturi et en les additionnant. 16 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'un orifice est creusé dans le venturi du carburateur pour détecter la pression négative régnant dans le venturi. 17 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la pression négative est détectée dans une canalisation d'amenée d'air à l'amont d'un filtre à air relié au carburateur et en ce que la canalisation d'amenée du gaz naturel liquéfié aboutit à une buse prévue dans le filtre à air. 18 - Dispositif de régulation de fluides suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la canalisation d'amenée du gaz naturel liquéfié aboutit à un venturi, et en ce que ladite pression de commande du fluide est dérivée de la pression existant en un point de cette canalisation. 19 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à allumage par étincelle command à partir d'un distributeur, et en ce qu'on prévoit un circuit d'amplifica- tion qui au début des impulsions du distributeur est prévu pour modifier d'une manière temporaire ledit signal électrioue de sortie pour faire qu'une bouffée de gaz naturel liquéfiÇ soit amenéeau système de carburation 20 - Dispositif de régulation de fluides suivant l'une des revendications 13 à 19, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur à allumage par étincelle commandé à partir d'un distributeur, et en ce qu'on prévoit un circuit d'inhibition pour couper le régulateur en l'absence d'impulsions du distributeur.