Brevet FR2467299A1 — publié le 19810417

L'invention concerne un moteur à combustion interne refroidi par eau et utilisant de l'alcool comme carburant, en particulier pour véhicules utilitaires, comportant un circuit d'eau de refroidissement commandé par thermostat sur lequel sont montés une pompe à eau et des soupapes d'inversion, comportant également un évaporateur de carburant pouvant être réchauffé par le circuit d'eau de refroidissement ainsi qu'un réchauffeur d'air d'admission également alimenté en-chaleur par le circuit d'eau de refroidissement, comportant enfin un circuit d'eau réchauffé par une source exterieure de chaleur et possédant sa propre pompe de circulation et sa propre soupape d'inversion, ce dernier circuit pouvant assurer seul ou en liaison avec le circuit d'eau de refroidissement l'alimentation en chaleur de l'évaporateur et du réchauffeur d'air d'admission. On connais un moteur à combustion interne utilisant un carburant, par exemple le méthanol, dont le point d'ébullition se situe au-dessous de la température d'eau de refroidissement d'un moteur à combustion interne ayant atteint sa température de fonctionnement. Sur ce moteur à combustion interne, le circuit d'eau de refroidissement ou un circuit d'eau réchauffé par une source de chaleur extérieure assurent, suivant la position prise par une soupape d'inversion, l'alimentation en chaleur d'un évaporateur de carburant et d'un réchauffeur d'air d'admission pour un mélangeur de gaz, le circuit d'eau de refroidissement et le circuit d'eau réchauffé par une source extérieure de chaleur étant dotés chacun d'une pompe de circulation. Le réchauffage de l'air d'admission n'est alors normalement indispensable qu'en départ à froid et pendant la phase de réchauffage. L'objet de l'invention est, d'une part, d'a mener rapidement un moteur à combustion interne de ce type à une température de fonctionnement et, d'autre part, d'éviter par des mesures appropriées ces températures élevées apparaissant en fonction de la température du moteur à combustion interne et qui sont néfastes ou inappropriées au fonctionnement du moteur. Les dispositions prévues par l'invention résolvent ce problème par le fait qu'une canalisation en dérivation est montée en parallèle (au plan technologie des fluides) au réchauffeur d'air d'admission et appartient à la fois au système de tuyauteries du circuit d'eau de refroidissement et au circuit d'eau réchauffé par une source de chaleur extérieure, canalisa- tion qui met en court-circuit le réchauffeur d'air d'admission et dont une soupape thermostatique de commande de réchauffage, commande la mise en circuit au hors circuit. Grtce à la soupape thermostatique de réchauffage, le débit du circuit d'eau de refroidissement pour le réchauffeur d'air d'admission transite de plus en plus, au fur et à mesure que la température du moteur augmente, par la canalisation de dérivation et, lorsque le moteur atteint sa température de fonctionnement, le transit par le réchauffeur d'air d'admission est totalement interrompu. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible de monter dans le circuit d'eau réchauf fé par une source de chaleur extérieure un échangeur thermique pour gaz d'échappement réchauffé côté absorption de chaleur par les gaz d'échappement du moteur. Grâce à ces dispositions, il se produit dès les premiers essais de démarrage du moteur à froid un réchauffage imm-Fiat du circuit d'eau de refroidissement, et par conséquent de l'évaporateur et du réchauf feur d'air d'admission. L'échangeur thermique pour gaz d'échappement, peut côté absorption de chaleur, être traversé non seulement par le circuit d'eau réchauffée par une source de chaleur extérieure, mais également, dans le même sens d'écoulement, par le circuit d'eau de refroidissement. Du fait de ces dispositions, l'échangeur pour gaz d'échappement peut supplémentairement, en départ à froid, être réchauffé aussi bien par le circuit d'eau à source de réchauffement extérieur que par le circuit d'eau de refroidissement s'échauffant rapidement ; la température de fonctionnement est ainsi obtenue en un court délais. Par ailleurs, peut être prévue, à l'intérieur du circuit d'eau de refroidissement, une canalisation de dérivation by-passant l'échangeur thermique pour gaz d'échappement, le réchauffeur d'air d'admission et l'évaporateur, canalisation pouvant être mise en circuit ou hors circuit par une soupape thermostatique de réchauffage. GrSce à ces dispositions, tous les dispositifs servant à obtenir rapidement la température de fonctionnement du moteur à combustion interne peuvent, lorsque la température de fonctionnement du moteur a été atteinte, être mis à nouveau hors circuit, c'est-à-dire hors de fonctionnement, le systnme étant conçu de telle sorte qu'en fonctionnement normal, la chaleur du moteur suffise pour nue soit assuré un fonctionnement normal de tous les organes indispensables. L'invention prévoit également que, côté absorption de chaleur, soit montée une canalisrtion de dérivation pour les gaz d'échappement qui puisse être commandée par un papillon asservi thermostatiquement. Par ce papillon, les gaz d'échappement issus du moteur ou de l'appareil extérieur de réchauffage peuvent être acheminés, par l'intermédiaire de l'échangeur thermique conduisant à l'évaporateur. Ils peuvent aussi autre acheminés, par l'intermédiaire d'un vérin de positionnement raccordé au papillon et à un distribiteur 3/2, par l'intermédiaire d'une canalisation de dérivation lorsqu'est atteinte une température d'eau de refroidissement déterminée. Le distributeur 3/2 est con çu de telle sorte que l'une ou l'autre seulement des positions de fin de course puisse être atteinte. Pour éviter une surchauffe de l'évaporateur, on peut enfin commander la canalisation de dérivation en fonction de la température d'eau à la sortie de l'é- vaporateur de façon telle que lorsque la température d'eau est trop élevée, la canalisation de dérivation soit mise en circuit et que lorsque la température d'eau est trop basse, la même canalisation soit à nouveau mise hors circuit. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution illustré par des figures. Celles-ci représentent . Figure 1, un schéma de montage d'un moteur à combustion interne fonctionnant à l'alcool, conforme à l'invention. Figure 2, un schéma de montage d'un échangeur thermique pour gaz d'échappement, asservi thermostatiquement associé à l'évaporateur du moteur à combustion interne. .Sur le sachem de montage représenté à la Figure 1, le carburant liquide (alcool) est traêré par une pompe à carburant 2 d'un réservoir 1 à un évaporateur à carburant 4 par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation en carburant 3. Une soupape de surdébit 5 montée entre la pompe à carburant 2 et l'évaporateur 4 renvoie par une canalisation 6 le débit excédentaire de carburant au réservoir 1. De l'évaporateur de carburant 4, le carburant parvient vaporisé, donc en phase gazeuse, au mélangeur air/gaz 8 par l'intermédiaire d'un système tubulaire 7 et par une tubulure d'admission 9 équipée d'un papillon 10, aux cylindres d'un moteur i combustion interne 11. Le circuit d'eau de refroidissement 12 du moteur à combustion interne 11, circuit comportant une pompe à eau 13, peut être commandé de façon- connue par un thermostat 14 en fonction de la température et par l'intermédiaire d'un radiateur 15 du véhicule. Sur le circuit d'eau de refroidissement 12, est prévue également une soupape thermostatique 16 conformée en distributeur 3/2, soupape qui peut inverser le circuit d'eau de refroidi sement 12 de façon telle que l'eau de refroidissement soit dirigée par une tuyauterie 17 vers un échangeur thermique pour gaz d'échappement 18 monté en amont de l'échangeur thermique 19 de l'évaporateur 4. Sur une tuyauterie 20 partant de lié changeur thermique 19 est montée une soupape thermostat tique de commande de réchauffage 21, mettant en circuit au choix le réchauffeur d'air d'admission 23 ou une canalisation 22,22' by-passant celui-ci, canalisation qui, par un autre tronçon 24, se prolonge jusqu'd la pompe à eau 17 du moteur à combustion interne 11. En dehors du circuit d'eau de refroidissement 12 est prévu un circuit d'eau supplémentaire 25 réchauffé par une source extérieure et dans lequel débouche la canalisation 17. L'eau du circuit d'eau 25, mise en circulation, par exemple, par une pompe électrique de circulation 26 et réchauffée par un appareil de chauffage extérieur 27 de préférence alimenté avec le même combustible liquide (alcool), s'écoule simultanément par l'échangeur thermique pour gaz d'échappement 18, par l'échangeur thermique 19 de l'évaporateur 4 et par la canalisation 20 vers la soupape thermostatique dé commande de ré chauffage intercalée 21.Suivant la température de fonctionnement et la position de la soupape thermostatique 21, de commande de réchauffage, l'eau du circuit d'eau réchauffé extérieurement 25 peut revenir vers la pompe de circulation 26 par l'intermédiaire du réchauffeur d'air d'admission 23 du mélangeur air/gaz 8 ou par l'intermédiaire de 'a canalisation de dérivation 22 et de la canalisation 28, puis, réchauffée, reprendre à nouveau le circuit décrit. Le point de commutation de la soupape thermostatique 16 se situe quelques degrés Celcius plus -bas que le point de commutation du thermostat 14. Suivant la position de la soupape thermostatique 16, le circuit d'eau 25 et/ou le circuit d'eau de refroidissement 12 peut passer par l'échangeur thermique pour gaz d'échappement 18 et par l'échangeur thermique 19 de l'évaporateur de carburant 4 et, par conséquent, alimenter en chaleur le réchauffeur d'air d'admission 23. Lorsque la température de fonctionnement de l'évaporateur est atteinte, la source extérieure de chauffage 27 est mise hors circuit par un contacteur thermostatique 40. L'échangeur thermique pour gaz d'échappement 18 est conçu de telle sorte qu'à l'eau de refroidissement, soit apportée au minimum la quantité de chaleur nécessaire à la vaporisation du carburant et au réchauffage (en 23) de l'air d'admission. L'appareil extérieur de réchauffage 27 peut ainsi être mis hors circuit immédiatement après le départ du'moteur froid. En fonction de la caractéristique des gaz d'échappement, l'apport de chaleur à l'évaporation 4 se règle automatiquement. Il est toutefois indispensable que la pompe à eau électrique 26 demeure en fonctionnement tant que la température de l'eau de refroidissement du moteur se situe au-dessous de la températllre de commutation de la oupa- pe thermostatique 16. L'échangeur thermique pour gaz r3'écllappement 18 et l'évaporateur de carburant 4 peuvent constituer au plan construction une seule unité. L'échangeur thermique tour gaz d'échappement 18 représenté sur la Figure 2 est conçu de façon à pouvoir être réchauffé aussi bien par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, c'est-à-dire par l'échappement 29, que par la tuyauterie 25 en liaison avec l'appareil extérieur de réchauffage 27. L'échangeur thermique 19 prévu sur l'évaporateur 4 (Figure 1) débouche dans la tuyauterie 20. Dans l'échappement 29, est monté un papillon 30 raccordé à un vérin de positionnement 31, de façon telle que suivant la position de ce papillon, les gaz d'échappement transitent par l'échangeur thermique 18 de gaz d'échappement ou évitent celui-ci pour une évacuation directe. Le vérin de positionnement 31 est conmandé par un distributeur 3/2, 32, conformé en distributeur à déclic, c'est-à-dire dont les commutations correspondent à des positions de fin de course toujours bien déterminées. Ce distributeur 3/2 est commandé électriquement ou par un élément de relais 33 de façon telle que lorsqu'une température limite de l'eau de refroidissement est dépassée en aval de l'évaporateur, le papillon 30 s'ouvre. Cette température limite doit se situer entre les températures de commutation des soupapes thermostatiques 13 et 16. On obtient ainsi que lorsque le moteur est à sa température de fonctionnement, ne se -produise aucun apport de chaleur par les gaz d'échappement. Cependant, en cas de soutirage de chaleur exceptionnement élevé (pour le chauffage du véhicule par exemple), 1'échangeur thermique des gaz d'échappement 18 est à nouveau mis en circuit et le niveau de température d'eau de refroidissement nécessaire à la vaporisation du carburant est maintenu avec décharge simultanée de l'appareil extérieur de réchauffage. L'appareil extérieur de réchauffage 27 peut, lorsque l'évaporateur est à sa température de fonctionnement, être mis hors circuit par le contacteur thermostatique 40 (Figure 15. A la sortie de l'évaporateur 4, le carburant vaporise transite de façon connue (Figure 1) nar un régulateur de pression 34 ainsi que par une soupape de strette 35. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne refroidi par eau et utilisant de l'alcool comme carburant, en particulier pour véhicules utilitaires, comportant un circuit dteau de refroidissement commandé par thermostat sur lequel sont montés une pompe à eau et des soupapes d'in- version, comportant également un évaporateur de carburant pouvant être réchauffé par le circuit d'eau de refroidissement ainsi qu'un réchauffeur d'air d'admission également alimenté en chaleur par le circuit d'eau de refroidissement, comportant enfin un circuit d'eau réchauffé par une source extérieure de chaleur et possddant sa propre pompe de circulation et sa propre soupape d'inversion, ce dernier circuit pouvant assurer seul ou en liaison avec le circuit d'eau de refroidissement d'alimentation en chaleur de l'évaporateur et du réchauffeur d'air d'admission, caractérisé par le fait qu'une canalisation de dérivation (22,22' ou 28) est montée en parallèle (au plan technologie des fluides) du réchauffeur d'air d'admission (23) et appartient à la fois au système de tuyauteries du circuit d'eau de refroidissement (12) et au circuit d'eau (25) réchauffé par une source de chaleur extérieure, canalisation qui met en court circuit le réchauffeur d'air d'admission (23) et dont une soupape thermostatique (21) de commande de ré chauffage commande la mise en circuit ou hors circuit. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sur le circuit d'eau (25) réchauffé par une source de chaleur extérieure, est monté un échangeur thermique pour gaz d'échappement (18) réchauffa b côté absorption de cha leur par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne (11). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'échan- geur thermique pour gaz d'échappement ( 18) peut être, côté absorption de chaleur, traversé non seulement par le circuit d'eau (25).réchauffé par une source extérieure, mais aussi, dans le même sens d'écoulement, par le circuit d'eau de refroidissement (12). 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 3,.caractérisé par le fait qu'à l'intérieur du circuit d'eau de refroidissement (12), est prévue une canalisation en dérivation (22,22' ou 28) by-passant à la fois~ltéchangeur thermique des gaz d'échappement (18), le réchauffeur d'air d-'admission (23) et l'évaporateur (4)-, canalisation pouvant etre mise en circuit ou hors circuit par une soupape thermostatique de commande de réchauffage (21). 5. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que du côté absorption de chaleur, est prévue une canalisation de dérivation de gaz d'échappement (29) à ouverture et fermeture commandées par un papillon (30) asservi thermostatiquement. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la canalisation de dérivation pour gaz d'dchappement (29) est, en fonction de la température d'eau, raccordée à l'éva- porateur ( 19) de façon telle que pour une température d'eau trop élevée, cette canalisation de dérivation (29) soit mise en circuit et, pour une température d'eau trop basse, mise hors circuit.