Brevet FR2465084A1 — publié le 19810320

L'invention concerne un moteur à combustion interne fonctionnant au gaz, équipé d'un régulateur de débit pour l'arrivée du gaz à un mélangeur airgaz dans lequel un distributeur rappelé par ressort sur sa posi- tion de fermeture et commandant l'écoulement du gaz est piloté par une membrane pouvant être actionnée dans le sens de l'ouverture, à partir du côté utilisation, par la dépression régnant en aval du régulateur de débit, et dont la face arrière peut être soumise à une pression de commande, moteur comportant en outre, dans le cadre du système d'alimentation des cylindres un filtre à air disposé en amont du mélangeur air-gaz et un papillon en aval de celui-ci, une tuyauterie d'équilibrage de pres- sion partant du filtre à air ou du mélangeur air-gaz, un étranglement et un clapet anti-retour taré fermant le passage en direction du régulateur de débit étant prévus entre la face arrière de la membrane du régulateur de débit d'une part et le secteur de système d'alimentation situé au niveau ou en amont du mélangeur air-gaz d'autre part. Les moteurs à combustion interne fonction- nant au gaz, en particulier les moteurs de véhicules, ont leurs paramètres de fonctionnement fortement dépen- dants du rapport air-carburant. Les paramètres de pleine charge sont, en raison de la puissance à développer en marche, liés à des mélanges riches. Ces mélanges riches sont aussi nécessaires sur une large étendue du régime de charge partielle. La conséquence en est non seulement une consommation spécifique de carburant élevée, mais aussi des émissions importantes de substances toxiques contenant HC, NO et CO, Le but de l'invention est de régler la cour- be de pression de commande du régulateur de débit du moteur de telle sorte qu'elle présente un maximum immé- diatement au-dessous de la pleine charge et une pente descendante en direction du ralenti. Les dispositions prévues par l'invention résolvent ce problème par le fait que de la tuyauterie d'équilibrage de pression part, en un point situé entre le corps du filtre à air et le clapet antiretour, une tuyauterie conduisant au collecteur d'admission du moteur à combustion interne en passant par un distributeur à membrane à 2 positions, distributeur pilotable par la dépression du collecteur d'admission contre l'action d'un ressort de rappel de telle sorte que, pour une dépression de valeur élevage régnant dans le collecteur d'admission, la tuyauterie soit de préférence fermée et, que pour une dépression de valeur faible, elle soit mise en communication avec le collecteur d'admission par l'intermédiaire d'un étranglement, et que de la tuyauterie d'équilibrage de pression part, en un point situé entre le clapet anti- retour et le régulateur de débit, une tuyauterie condui- sant au mélangeur de gaz du moteur en passant par deux distributeurs à membrane à 2 positions montés en série et par un étranglement, et par le fait que les distri- buteurs à deux positions pilotables par la dépression du collecteur d'admission contre l'action des ressorts de rappel ont l'un par rapport à l'autre des positions de travail et de repos opposées et présentent un point de commutation se situant pour les deux distributeurs à un niveau de pression différent. Grâce à ces dispositions, les émissions de substances toxioues et la consommation en carburant sont réduites à un minimum. Par ailleurs, la tuyauterie principale de gaz (en phase liquide) peut ainsi être mise hors circuit lorsque l'allumage est coupé et/ou le moteur arrêté. Le distributeur à deux positions raccordé au collecteur d'admission du moteur s'ouvre dès que la dépression prenant naissance au démarrage du moteur s'établit. Pour obtenir une courbe pression de comman- de-charge optimale et un meilleur équilibrage des con- ditions de fonctionnement du moteur, on peut prévoir une tuyauterie qui parte de la tuyauterie d'équilibra- ge de pression en un point situé entre le clapet anti-retour et le régulateur de débit, passe par deux distributeurs à membrane à 2 positions montés en série et par un étranglement, et aboutisse au mélangeur de gaz du moteur. Les deux distributeurs à 2 positions pilota- bles contre l'action des ressorts de rappel par la dé- pression régnant dans le collecteur d'admission peuvent présenter, l'un par rapport à l'autre, des positions de travail et de repos opposées et un point de commuta- tion se situant pour les deux distributeurs à un niveau de pression différent. Enfin, le point de fonctionnement du clapet anti-retour peut être calculé de telle sorte que celui- ci ne s'ouvre que lorsque commence l'encrassement du filtre. Il n'y a action sur le mélange air-gaz qu'en régime de charge partielle ou lorsque le filtre à air est encrassé, Un autre avantage du système est que le moteur peut fonctionner avec un débit étranglé de gaz principal extrêmement réduit et que la puissance n'est plus étroitement asservie aux modifications du rapport des gaz du mélange. Un appauvrissement du mélange en charge par- tielle peut aussi être obtenu en prévoyant qu'en fonc- tion de la dépression régnant dans le collecteur d'ad- mission, deux buses supplémentaires mettent en dépres- sion la face arrière de la membrane du régulateur de débit. Ce système se superpose au système de compensa- tion déjà décrit antérieurement. La résistance à sur- monter pour l'ouverture du clapet anti-retour doit toute- fois, dans ce cas, faire l'objet d'un tarage plus élevé pour qu'aucun appauvrissement du mélange n'ait lieu en puissance nominale. Pour la stabilité du ralenti du moteur, un appauvrissement du mélange à ce régime de fonctionnement par le distributeur à deux positions commandé par la dépression du collecteur d'admission est inefficace. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution illus- tré par des figures. Celles-ci représentent: - Figure 1, un schéma fonctionnel d'un mo- teur à combustion interne fonctionnant au gaz. - Figure 2, un détail de la figure 1, mon- trant le système de commande de pression, par distribu- teur à deux positions, du régulateur de débit. - Figure 2a, un diagramme pression de com- mande-charge concernant le système de la figure 2. - Figure 3, un détail de la figure 1, mon- trant un système de commande de pression du régulateur de débit utilisant deux distributeurs à deux positionso - Figure 3a, un diagramme pression de com- mande-charge concernant le système de la figure 3. Sur le schéma fonctionnel représenté sur la fugure 1, le carburant liquide parvient d'un réservoir non représenté, par l'intermédiaire d'une valve princi- pale 1 et d'un filtre 2 à un distributeur 2/2 à commande indirecte par dépression 3. Le distributeur 3 est asser- vi à la dépression régnant dans le collecteur d'admis- - sion 4 d'un moteur à combustion interne 5 de telle sorte que lorsque ce moteur est en marche, le distributeur est ouvert. Le gaz encore en phase liquide parvient de la sortie du distributeur commandé par dépression 3, par l'intermédiaire d'une canalisation 6, à un convertisseur 7 o il passe en phase gazeuse. En général, un seul con- vertisseur 7 suffit au fonctionnement d'un moteur à com- bustion interne, mais dans des cas critiques, par exemple lorsque la température descend au dessous de -20 C, un montage en parallèle d'un autre convertisseur 7' est indispensable. Le convertisseur 7 comporte un réducteur de pression 8, un évaporateur 9 et un régulateur de débit à commande indirecte par dépression 10. L'évaporateur 9 est raccordé au circuit d'eau de refroidissement du moteur. Du régulateur de débit 10, par une canalisation aboutissant à un mélangeur de gaz 11 dans lequel, suivant la puissance du moteur, un étranglement non réglable et précalibré est disposé. Le mélangeur Il est raccordé d'une part à un filtre à air 13, d'autre part à une tu- bulure d'étranglement 14 dans laquelle est monté un papillon 15. La tubulure d'étranglement 14 est raccordée au collecteur d'admission 4 du moteur. Sur l'arrière 16 du régulateur de débit 10, part une tuyauterie d'équilibrage de pression 17 raccor- dant ce régulateur 10 au système d'alimentation 18, au niveau ou en amont du mélangeur air-gaz 11. En aval du filtre à air 19 et du carter 20 du mélangeur, sont prévus un étranglement 21 et un clapet anti-retour taré 22 fer- mant le passage en direction du régulateur de débit 10. Entre le clapet anti-retour 22 et. le régulateur de dé- bit 10, est montée en dérivation une tuyauterie 23 sur laquelle est prévu un distributeur d'inversion 24 per- mettant de mettre à volonté la tuyauterie de dérivation 23 à l'atmosphère par l'étranglement 25 ou en communica- tion sans étranglement, par la tuyauterie 26, avec le collecteur d'admission 4 o règne une dépression. Le distributeur d'inversion 24 (distributeur 3/2) est un électrodistributeur branché en parallèle sur l'interrupteur d'allumage 27 de telle sorte que lorsque celui-ci est enclenché, le pilote électrique du distri- buteur se trouve sous tension et la tuyauterie de déri- vation 23 mise à l'atmosphère, la mise hors circuit du pilote électrique rétablissant au contraire la communi- cation entre cette tuyauterie et le collecteur d'ad- mission 4. Au papillon 15, est associé un capteur de position 28 détectant au moins indirectement la posi- tion de fermeture de celui-ci et délivrant un signal électrique. De la même façon, un compte-tours 29 déli- vrant aussi un signal électrique est raccordé au mo- teur 5. Les signaux électriques sont transmis par les câbles 30 et 31 à un bloc logique 32. Le bloc logique 32 contient un contacteur normalement fermé 33 qui, lorsque le papillon 15 est fermé et que le régime du moteur 5 dépasse un régime de ralenti prédéterminé, est ouvert par le bloc logique 32 et interrompt la liaison avec l'interrupteur d'allumage 27. Le distributeur d'in- version 24 est alors mis hors circuit et le ressort 34 l'amène sur une position dans laquelle la tuyauterie d'équilibrage de pression 17 est raccordée directement au collecteur d'admission 4 par la tuyauterie en déri- vation. L'allumage demeure enclenché. Le bloc logique 32 est par ailleurs conformé de façon telle que le contacteur 33 soit mis hors cir- cuit, même lorsque le papillon 15 est ouvert, lorsqu'un régime maximal admissible, par exemple n = 2500 tr/mn, est dépassé. Dans ma tuyauterie d'équilibrage de pres- sion 17, débouche la tubulure de refoulement 38 d'une pompe d'accélération 39 couplée au papillon 15 ou à sa tige de commande, pompe dotée d'un clapet d'aspiration et d'un clapet de refoulement 41. La tubulure de refoulement 38 débouche en un point de la tuyauterie d'équilibrage de pression 17 située entre le clapet anti-retour 22 et le régulateur de débit 10. Le clapet anti-retour 41 doit être taré de telle sorte que, lorsque l'électro-distributeur 24 n'est pas sous tension, il règne dans la tubulure d'équilibra- ge de vide 14 une dépression suffisamment forte pour interrompre l'arrivée du gaz par le régulateur de dé- bit 10. De la tuyauterie d'équilibrage de pression 17 (figure 2), part en un point situé entre le corps du filtre à air 19 et le clapet anti-retour 22 une tuyauterie 35 conduisant par un distributeur à 2 posi- tions 36, au collecteur d'admission 4 du moteur à com- bustion interne 5. Le distributeur à 2 positions 36 peut avoir la structure d'un distributeur 2/2 à membra- ne et être piloté par la dépression du collecteur d'ad- mission contre l'action d'un ressort de rappel 27 de façon telle que pour une dépression élevée régnant dans le collecteur d'admission, la tuyauterie 35 soit de pré- férence mise hors circuit et, pour une dépression peu importante, soit mise en circuit, avec toutefois un étranglement. Le diagramme pression de commande-charge concernant ce système (figure 2a) indique en régime de pleine charge un maximum de pression de commande s'a- baissant en direction du régime de charge partielle et du régime de ralenti du moteur (pression de commande = pu charge = L). Sur la figure 3, est prévu, en dehors du distributeur à membrane à 2 positions 36, un autre dis- tributeur à membrane à 2 positions 42, monté en série avec le premier de telle sorte que les positions de tra- vail et de repos soient disposées en opposition et que les deux distributeurs à 2 positions 36 et 42 présentent un point de commutation différent du point de vue ni- veau de pression. Le distributeur à 2 positions 42 est pilotable contre la résistance d'un ressort de rappel 43 et raccordé au carter 20 du mélangeur de gaz par une * tuyauterie 45 équipée d'un étranglement 44. Comme le montre le diagramme pression de commande-charge du moteur (figure 3a), on obtient ainsi une courbe de pression de commande optimale avec un maximum p directement au-dessous de la pleine charge (100) et une pente descendante continue en direction du régime de ralenti. Pour garantir la compensation de l'encras- sement du filtre à air, l'alimentation des deux distri- buteurs & 2 positions 56 et 42 est à prévoir entre le régulateur de débit 10 et le clapet anti-retour 22 (figure 1)o Le point de fonctionnement du clapet anti- retour est à calculer de telle sorte qu'une ouverture ne se produise qu'au début de l'encrassement du filtre (augmentation de la dépression). REVENDIICATIONS 1) Moteur à combustion interne fonction- nant au gaz, équipé d'un régulateur de débit pour l'ar- rivée du gaz à un mélangeur air-gaz dans lequel un dis- tributeur rappelé par ressort sur sa position de fer- meture et commandant l'écoulement du gaz est piloté par une membrane pouvant être actionnée dans le sens de l'ouverture, à partir du côté utilisation, par la dépression régnant en aval du régulateur de débit, et dont la face arrière peut être soumise à une pression de commande, moteur comportant en outre, dans le cadre du système d'alimentation des cylindres un filtre à air disposé en amont du mélangeur air-gaz et un papillon en aval de celui-ci, une tuyauterie d'équilibrage de pression partant du filtre à air ou du mélangeur air- gaz, un étranglement et un clapet anti-retour taré fer- mant le passage en direction du régulateur de débit étant prévus entre la face arrière de la membrane du régulateur de débit d'une part et le secteur de système d'alimentation situé au niveau ou en amont du mélangeur air-gaz d'autre part, caractérisé par le fait que de la tuyauterie-d'équilibrage de pression (17) part, en un- point situé entre le corps du filtre à air (19) et le clapet anti-retour (22), une tuyauterie (35) conduisant au collecteur d'admission (4) du moteur à combustion interne (5) en passant par un distributeur à membrane à 2 positions (36), distributeur pilotable par la dépres- sion du collecteur d'admission contre l'action d'un ressort de rappel (37) de telle sorte que, pour une dé- pression de valeur élevée régnant dans le collecteur d'admission, la tuyauterie (35) soit de préférence fermée et que, pour une dépression de valeur faible, elle soit mise en communication avec le collecteur d'admission par l'intermédiaire d'un étranglement. 2) Moteur à combustion interne fonction- nant au gaz, équipé d'un régulateur de débit pour l'ar- rivée du gaz à un mélangeur air-gaz dans lequel un distributeur rappelé par ressort sur sa position de fermeture et commandant l'écoulement du gaz est piloté par une membrane pouvant être actionné dans le sens de l'ouverture, & partir du c8té utilisation par la dépression régnant en aval du régulateur de débit, et dont la face arrière peut être soumise à une pression de commande, moteur comportant en outre, dans le ca- dre du système d'alimentation des cylindres un filtre à air disposé en amont du mélangeur air-gaz et un pa- pillon en aval de celui-ci, une tuyauterie d'équili- brage de pression partant du filtre à air ou du mélan- geur air-gaz, un étranglement et un clapet anti-retour taré fermant le passage en direction du régulateur de débit étant prévus entre la face arrière de la membra- ne du régulateur de débit d'une part et le secteur de système d'alimentation situé au niveau ou en amont du mélangeur air-gaz d'autre part, caractérisé par le fait que de la tuyauterie d'équilibrage de pression (17) part, en un point situé entre-le clapet anti-retour (22) et le régulateur de débit (10), une tuyauterie (45) conduisant au mélangeur de gaz (20) du moteur (5) en passant par deux distributeurs à membrane à 2 posi- tions (36, 42) montés en série et par un étranglement (44), et par le fait que les distributeurs à deux posi- tions (36, 42) pilotables par la dépression du collec- teur d'admission contre l'action des ressorts de rap- pel (37, 43) ont l'un par rapport à l'autre des posi- tions de travail et de repos opposées et présentent un point de commutation se situant pour les deux distribu- teurs à un niveau de pression différent, il 3) Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le point de fonctionnement du clapet anti-retour (22) est cal- culé de telle sorte que le clapet anti-retour ne s'ou- vre que lorsque commence l'encrassement du filtre.