Brevet FR2519704A1 — publié le 19830718

" Procédé pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne en gaz liquéfié et dispositif pour mise en oeuvre de ce procédé ". t L'invention concerne un procédé pour l'ali- mentation d'un moteur à combustion interne avec du gaz liquéfié, au moyen d'un dispositif comportant une soupape de réglage de la pression-vaporiseur, ayant une paroi élastique, au moyen de laquelle une partie mobile de cette soupape de réglage de la pression-vaporiseur peut être actionnée, et sur laquelle agit, d'une part, la pression du gaz liquéfié vaporisé et, d'autre part, un ressort de pression et la pression d'un agent de commande pneumatique, qui peut être influencée par la pression régnant en aval d'un volet étrangleur dans le tuyau d'as- piration du moteur ainsi qu'un dispositif pour l'insuffla- tion de gaz liquéfié dans le tuyau d'aspiration d'un mo- teur à combustion interne, comportant une soupape de ré- glage de la pression-vaporiseur qui présente une paroi élastique, au moyen de laquelle peut être actionnée une partie mobile de la soupape de réglage de la pression- vaporiseur, et sur laquelle agit, d'une part, la pression du gaz liquéfié vaporisé et, d'autre part, un ressort de poussée, et par une conduite de pression de commande, la pression d'un agent pneumatique de commande, qui peut être influencé par la pression venant de l'aval d'un volet étrangleur placé dans le tuyau d'aspiration, dispo- sitif destiné en particulier à la mise en oeuvre d'un procédé pour l'alimentation d'un moteur à combustion in- terne On connait déJà un dispositif pour l'insufflation de gaz liquéfié dans lequel la mesure de la quantité de gaz liquéié 6 vaporisé est effectuée en fonction du débit d'air dans le tuyau d'aspiration en mesurant la pression dans un Venturi la pression dans le Venturi varie ici avec le carré de la vitesse d'écoulement, de sorte qu'il ne suffit pas, pour arriver au dosage désiré, de se baser sur un rapport linéaire entre la quantité d'air aspiré et la quantité de gaz liquéfié Avec le dispositif connu, il n'est possible d'obtenir qu'une adaptation grossière du mélange air-gaz liquéfié aux différents états de fonc- tionnement du moteur à combustion interne, entra nant une augmentation de la consommation de gaz liquéfié, une fai- blesse du rendement et la formation de gaz d'échappement désavantageux. invention propose un prooédé caractéri- sé ence que l'on peut modifier la pression de l'agent pneumatiqae de commande qui agit sur la paroi élastique de la soupape de réglage de la pression-vaporiseur, une pression plus élevée pouvant tre superposée à la pres- sion du tuyau d'aspiration à partir de l'aval du volet étrangleur, en fonction de caractéristiques de fonctionne- ment du moteur à combustion interne, ainsi qu'un disposi- tif oh une conduite de dépression, comportant un point d'étranglement, va du tuyau d'aspiration en aval du volet étrangleur à la conduite de pression de commande et qu'une conduite à haute pression peut être reliée avec la conduite de dépression et la conduite de pression de com- mande, par une soupape de commande de la pression, en fonction de caractéristiques de fonctionnement du moteur. De cette façon, on obtient, que le rapport entre la quan- tité de gas liquéfié fournie et la quantité d'air aspiré puisse tre modifié en fonction de caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne, de façon à obtenir un rendement le meilleur possible avec une consommation de gaz liquéfié la plus faible possible et une très faible émission de substances nocives. la description ci-après montre d'autres perfectionnements et améliorations avantageuses de l'in- vention Il est particulièrement avantageux entre autres de pouvoir enrichir le mélange gaz liquéfié-air pendant que le moteur est échauffé et à pleine charge, et l'appau- vrir à charge partielle. L'invention sera mieux comprise en regard de cette description et de la figure unique annexée qui représente, simplifié, un exemple de réalisation de l'in- vention. Dans l'installation d'injection de gaz liquéfié, (IG) représentée, l'air de combustion arrive, en aval d'un filtre à air, non représenté, dans la direc- tion de la flèche, par une section tubulaire d'aspiration 1, dans une section conique 2, dans laquelle est placé un organe de mesure de l'air, puis, en passant dans une sec- tion 4 déformable Plastiquement et une section 5, par l'intermédiaire d'un volet étrangleur 6, à une section 7 du tuyau d'aspiration, et de là, à un ou plusieurs cylin- dres 8 d'un moteur à combustion interne, par exemple d'un moteur à compression du mélange et allumage commandé, ou d'un moteur à combustion interne à auto-allumage L'organe de mesure de l'air 3 est, par exemple, un clapet de rete- nue 3 qui peut se déplacer dans la section conique 2 du tuyau d'aspiration par exemple, suivant une fonction sen- siblement linéaire de la quantité d'air passant dans le tuyau d'aspiration: au moyen d'une force de rappel cons- tante agissant sur l'organe 3 de mesure de l'air, ainsi que d'une pression d'air constante régnant en avant de cet organe 3 de mesure de l'air, la pression d'air régnant entre l'organe de mesure de l'air 3 et le volet étran- gleur 6 reste également constante L'organe 3 de mesuré de l'air commande une soupape doseuse 10 Un levier tour- nant 11, relié à cet organe 3 de mesure de l'air, sert à transmettre soft mouvement de réglage: ce levier 11 est monté, en commun avec un levier de correction 12, sur un point de rotation 13, et actionne, quand il effectue un mouvement de rotation, une partie mobile de la soupape doseuse 10 réalisée sous la forme cun piston 14 de dosage. Le mélange carburant-air désiré peut être corrigé au moyen d'une vis de réglage 17 du mélange entre le levier tour- rnant 11 et le levier de correction 12 Sur l'extrémité 18 du piston de dosage 14 qui est à l'opposé du levier tour- nant 11, agit un ressort de rappel 19 qui tend à faire tourner, au moyen du piston 14 de dosage, l'organe de mesure de l'air 3 dans sa position-de départ, o il ferme à peu près la section du tuyau d'aspiration quand le moteur ne tourne pas le ressort de rappel 19 est ici placé dans une chambre de ressort 20 qui se vide d'air, de préférence, vers la chambre de vaporisation 48 par une conduite 21 d'étranglbment. Le piston de dosage 14 est monté coulis- sant dans une perforation de guidage 25 du bottier doseur et vaporiseur 26, et est pourvu d'une gorge annulaire 27. A l'opposé du levier tournant 211, la gorge annulaire 27 est limitée par une surface limite axiale 28, qui ouvre, quand le piston de dosage 14 se déplace axialement, plus ou moins par rapport à la gorge annulaire 27, un orifice de dosage 29, ayant par exemple la forme d'une fente, pra- tiquée dans la paroi de la perforation de guidage 25. Dans la gorge annulaire 27, s'engage un épaulement annu- laire 30 de la perforation de guidage 25, sur lequel s'applique une bague d'étanchéité 31, tournée vers la sur- faoe 28 limite contre laquelle, en cas d'arrêt du moteur, est pressé hermétiquement, par le ressort de rappel 19, la surface limite 28 du piston de dosage 14 quand l'air ne s'écoule pas. L'alimentation en carburant de l'appareil d'injection est faite à partir d'une bouteille 35 de gaz liquéfié, qui est réalisée sous la forme d'un récipient résistant à la pression construit spécialement, et qui contient, quand il est rempli, du gaz liquéfié sous une pression de 15 à 20 bars environ# Une conduite d'alimen- tation 36 conduit, par un filtre 37 et un robinet d'arrêt 38, qui, lorsque l'installation est arrêtée, coupe la conduite d'alimentation, à une soupape de réglage 40 de la pression formant vaporipeur Ia conduite d'alimentation 36 se termine dans la soupape de réglage 40 du vaporiseur en une buse de réglage 41 avec laquelle coopère, par exemple, l'une des extrémités servant de partie de soupape mobile, d'un levier 42 à deux bras de telle façon que la section de sortie de l'écoulement de la buse de réglage 41 est plus ou moins ouverte Sur l'autre extrémité 44 du levier 43 agit, par l'intermédiaire d'une tige de commande 46, une membrane de vaporiseur 45 prévue sous la forme d'une paroi déformable dans la soupape 40 de réglage de la pression du vaporiseur le levier 43 peut tourner sur un point d'appui 47 la membrane 45 du vaporiseur sépare une chambre 48 de vaporiseur d'une chambre de commande 49 La chambre de vaporiseur 48 reçoit la buse de réglage 41, le levier 43 et le gaz liquéfié sortant de la buse de réglage 41, qui se vaporise dans la chambre du vaporiseur et se détend à une pression déterminée, et peut s'écouler vers l'orificoe 29 de dosage en passant par une conduite d'ali- mentation passant par un échangeur de chaleur L'eau de refroidissement 52 du moteur à combustion interne peut passer, par exemple, dans l'échangeur de chaleur. Dans la chambre de commande 49 de la soupape de réglage de la pression-vaporiseur est placé un res- sort de poussée 54 appuyé sur la membrane 45 du vaporiseur e"q- O GT e BOI 369 P e TTG-ab'e T Gzoe P 69 uo-çoigead eqnuq eaq MMO ecmip Tg Uoçooeaclpp op ezqmwqo eun eaudge çg eded-nos op gç euwqmam v I -eg aq_, nq eun ans,Lg -ap go -Odd Oi T 'q 49490 9-11-nui T op e-g-ncldejs ->g edvd-nos ep 4 zoosez &J -çg edudnos op euwqmem er ans " kg effl nos op, goo -Be J OT " 4 aud 9 4 n'e&P -10 ub OT Jn O L 9419 àm 190009 a un,e çg edt-6-nor op euwqmetu ier me quuoi 3-ç 2 t 99,aoddno Oç un gacue egoe Td lBe T b gg edudnou op 021-F 'k evnap ue úom nu,T 2-6 t'q edudnos op lzoos'ea &J "tg effluoq op q 109 -Gex un red llsqxjm GxlUq Ileg edvcl-noo v 7 r op exn,kemzej: VI op Bues OT s=P 'eq,T O TTT O S -, s O T b çg ad-ednoe op eneaq -mem etm Je Z 9 ex-çj: 06,36 nos op 99 q- ço' = 09 we e 9 q-ço C, Z q educlnos eunp euuoj duos ego T Tiaga Ioo uo- çoéead -6 T op OPUVUMOO e P 99 9 d Iedn Os "J 'O Td MGXG 4 P ezl ' 9, 'q 091-u Gffldez UOT Ose zd -e T Op OPUVM 00 op 95 edwdnos UT OP Tg UO- ooead -9 p op oxqm-aqo eun sump e-qonoqgp 4 e "Lg -I"O Ee Mel"Xa Z-' 94 P 4-UT Od GT Iuu&'B '95 UO' ss Gac 19 P OP el ' n PU 00 VT OP GO-Zsa' P OZ 69 OTTOT-19 vd 9-1-' n Pu OO elm "q OJ:3:0 190 Y '02-ivq O Ou Te Td euu O- 'OUOJ: 110 G-TU 900 V - O-' n Te O Pumub 1-e amlk Om 'n P 4 uelmej:jmeqogip eseqd 131 qunpuecl 92 au Tgz el a oçave q a -dos Iemuo'ue qe Oe T Te-ç 4 zvd 92 a-eqo op evoz e T q=p euuo-ç l ouoj: zuql O m GT a-nb 4:cmpued z-çe-Op Tnb-FT 4 uaznqz-eo 63 ' T -ZMT 9 m OT a Taàrl-Qdc T-Q 'Q O Tdm Gx O avd " 'u Om O=O TlDUOJ: e P DUO- q. 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Au lieu de la soupape de commande de la pression 58, représentée, il est aussi possible de pré- voir une autre soupape de pression de commande, qui peut, par exemple, être actionnée par un électro-aimant, et qui, en fonction de grandeurs caractéristiques du fonctionne- ment, transformées en signaux, par exemple de la tempéra- ture, de la vitesse de rotation, de la position du volet d'étranglement, de la composition des gaz d'échappement, et autres, agit sur la pression d'air dans la conduite de pression de commande 55, pour adapter le mélange. le mode de fonctionnement du moteur à com- bustion interne est le suivant s Au démarrage du moteur à combustion interne, la soupape d'arrêt 38 est ouverte et le gaz liquéfié coule par la conduite d'alimentation 36 vers la buse de réglage 41 de la soupape de réglage de la pression-vaporiseur 40, de sorte que l'on peut régler une pression de gaz liquéfié vaporisé constante, mais toutefois variable en fonction de oaractéristiques de fonctionnement du moteur le gaz vaporisé dans la chambre-vaporiseur 48 parcourt, par la conduite dalimentation 51, l'échangeur de chaleur 50 et est refroidie par l'eau de refroidissement présentant une température encore plus basse sur laquelle a été prélevée la chaleur nécessaire à la vaporisation, de sorte que le gaz présente une densité plus élevée qu'au moment oi l'eau de refroidissement est plus chaude après la fin de la phase d'échauffement du moteur Cette densité plus élevée provoque le dosage d'une plus grande quantité de gaz à la soupape doseuse 10 et, par suite, un enrichissement du mélange fourni au moteur Avec le démarrage, le moteur aspire de l'air par le tuyau d'aspiration 1, de sorte que l'organe de mesure 3 subit une certaine déviation à par- tir de sa position de repos Suivant la déviation de l'organe de mesure 3, le piston 14 de dosage est aussi poussé par le levier 11, sa surface limite 28 ouvrant plus ou moins, suivant la position de ce piston doseur 14, l'orifice de dosage 29 vers la gorge annulaire 27, de sorte qu'il est dosé, en fonction de la quantité d'air aspiré, déterminée par l'organe 3 de mesure de l'air, une quantité correspondante de gaz, à la soupape doseuse 10, ce gaz allant, par une conduite d'insufflation 83 qui est en communication avec la gorge annulaire 27 du piston doseur 14, par exemple à la section 5 du tuyau d'aspira- tion, et étant insufflé, par une ou plusieurs buses 84, en amont du volet étrangleur 6, dans la section 5 du tuyau d'aspiration Pour commander la fourniture d'une plus grande quantité de mélange pendant l'échauffement du mo- teur, il est prévu sur le tuyau d'aspiration 5, 7, un by- pass 85, contournant le volet étrangleur 6, dont la sec- tion est commandée en fonction de la température, d'une façon connue, par une soupape 86 de mélange supplémen- taire. la liaison directe entre l'organe de mesure 3 et le piston doseur 14 assure un rapport déterminé entre la quantité d'air aspiré et la quantité de gaz dosée Pour obtenir un nouvel enrichissement du mélange gaz-air fourni au moteur pendant la phase d'échauffement de ce moteur, on peut commander, au moyen de la soupape 58 de réglage de la pression, l'apparition dans la chambre de commande 49 de la soupape 40 de réglage de la pression-vaporiseur, une pression relativement plus grande, qui, en raison d'une ouverture plus grande de cette soupape 40, conduit à une pression plus élevée du gaz liquéfié vaporisé à l'orifice de dosage 29, de sorte que, du fait que la chute de pres- sion est plus grande au passage dans la soupape doseuse 10, il est dosé et insufflé par la buse 84, une quantité plus grande de gaz A cet effet, la lame bimétallique 72 agit, pendant la phase d'échauffement du moteur sur le ressort cuvette 67 de la soupape 58 de commande de la pression de telle façon que le ressort de soupape 64 et le ressort de commmande 79 sont soulagés, et que la mem- brane 63 se soulève du siège de soupape 62 au point que la pression de l'air, agissant par l'intermédiaire de la con- duite de correction 82, affaiblit la dépression qui s'ap- plique par la conduite de dépression 56 sur la conduite de pression de commande 55, ce qui provoque une élévation de la pression dans la chambre de commande 49 de la soupape de réglage de la pression-vaporiseur 40 et ouvre davantage cette soupape 40 Quand la phase d'échauffement du moteur est terminée, ou quand on chauffe la lame bimétallique 72 au moyen du corps chauffant 74, cette lame bimétallique se courbe en s'écartant du ressort cuvette 67 et cesse d'Vtre en prise avec lui, de sorte que les forces élasti- ques du ressort de soupape 64 et du ressort de commande 79 deviennent totalement efficaces et provoquent une plus grande fermeture du siège de soupape 62 par la membrane 63, oonformément aux pressions régnant dans le tuyau d'as- piration Quand le siège de soupape 62 tn'est plus fermé par la membrane 63 de soupape, la dépression du tuyau d'aspiration 7 devient plus fortement active en aval du volet étrangleur 6, par l'intermédiaire de la conduite sous preassion 56, dans la conduite 55 de la pression de commande, de sorte que la pression de l'agent de commande pneumatique diminue également dans la chambre 49 de com- mande et que la soupape 40 de réglage de la pression-vapo- riseur se ferme davantage, et donc a Juste une plus faible pression de gaz liquéfié vaporisé en amont de l'ouverture de dosage 29, ce qui conduit à un appauvrissement du mé- lange fourni au moteur Cet appauvrissement du mélange est souhaitable lorsque le moteur fonctionne dans la zone de charge partielle Dans le domaine de charge partielle du moteur, la dépression dans la section 7 du tuyau d'aspi- ration, et par suite, par l'intermédiaire de la conduite 56 sous dépression et de la conduite partielle 59, dans la chambre de dépression 61 de la soupape 58 de commande de la pression est si grande que la force de la pression dans la chambre 76 de pression suffit pour amener la mem- brane de commande 75 à s'appliquer sur la butée 68, con- tre la force du ressort de commande 79 Si, alors, la dé- pression s'atténue à pleine charge ou si la pression ab- solue monte à pleine charge dans le tuyau d'aspiration 7 en aval du volet étrangleur 6, une pression absolue plus importante devient aussi active dans la chambre de dépres- sion 61, par l'intermédiaire de la conduite sous dépres- sion 56, cette pression absolue déplace, en agissant sur la membrane de commande 75, cette dernière vers la butée 81, ce qui soulage le ressort de commande 79 si bien que la membrane de soupape 63 ouvre davantage le siège de soupape 62, de sorte que la pression régnant dans la con- duite 71, 71 ' à haute pression est dans une mesure ren- forcée dans la conduite de pression de commande 55 et dans la chambre de commande 49, ce qui entratne un enri- chissement du mélange en réglant une pression de gaz plus grande dans la chambre de vaporisation 48 et, par suite, une plus importante chute de pression à l'orifice de dosage 29 De la même façon, il se produit, en cas d'accélération soudaine du moteur, par une ouverture soudaine du volet étrangleur 6, une élévation de la pres- sion dans la conduite de dépression 56, qui a pour consé- quence, comme en cas de pleine charge, un enrichissement du mélange. RE V E N D I O A T I O N S i i, 1 ) Procédé pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne avec du gaz liquéfié, au moyen d'un dispositif comportant une soupape de réglage de la pres- sion-vaporiseur, ayant une paroi élastique, au moyen de laquelle une partie mobile de cette soupape de réglage de la pression-vaporiseur peut être actionnée, et sur laquel- le agit, d'une part, la pression du gaz liquéfié vaporisé et, d'autre part, un ressort de pression et la pression d'un agent de commande pneumatique, qui peut être influen- cée par la pression régnant en aval d'un volet étrangleur dans le tuyau d'aspiration du moteur, procédé caractérisé en ce que l'on peut modifier la pression de l'agent pneu- matique de commande qui agit sur la paroi élastique ( 45) de la soupape ( 40) de réglage de la pression-vaporiseur, une pression plus élevée ( 71, 71 ') pouvant être superpo- esée à la pression du tuyau d'aspiration à partir de l'aval du volet étrangleur ( 6), en fonction de caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant que le moteur fonctionne dans la zone d'une charge partielle, pour obtenir un appauvrissement du mélange fourni au moteur, la pression de l'agent de commande est réglée à une valeur plus fai- ble qu'au cours de la marche à pleine charge du moteur. 3 ) Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, pendant la phase d'échauffement du moteur, la pression de l'agent de commande pneumatique est réglée à une valeur suffisamment élevée pour que l'on obtienne que le mélange fourni au moteur soit riche. 4 ) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, comme pres- sion plus élevée pour la superposition à la pression ( 56) du tuyau d'aspiration provenant de l'aval du volet étran- gleur ( 6), destinée à régler la pression de l'agent de commande ( 55), on se sert de la pression du tuyau d'as- piration ( 71, 71 ') de l'amont du volet étrangleur ( 6). ) Dispositif pour l'insufflation de gaz liquéfié dans le tuyau d'aspiration d'un moteur à combustion interne, comportant une soupape de réglage de la pression-vaporiseur qui présente une paroi élasti- que, au moyen de laquelle peut dtre actionnée une partie mobile de la soupape de réglage de la pression-vapori- seur, et sur laquelle agit, d'une part, la pression du gaz liquéfié vaporisé et, d'autre part, un ressort de poussée, et par une conduite de pression de commande, la pression d'un agent pneumatique de commande, qui peut être influencé par la pression venant de l'aval d'un volet étrangleur placé dans le tuyau d'aspiration, dispo- sitif destiné en particulier à la mise en oeuvre d'un procédé pour l'alimentation d'un moteur à combustion in- terne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dispositif caract 4 risé en ce qu'une conduite de dépres- sion ( 56), comportant un point d'étranglement ( 57), va du tuyau d'aspiration ( 7) en aval du volet étrangleur ( 6) à la conduite ( 55) de pression de commande et qu'une conduite à haute pression ( 71, 71 ') peut être reliée avec la conduite ( 56) de dépression et la conduite de pression de commande ( 55), par une soupape ( 58) de com- mande de la pression, en fonction de caractéristiques de fonctionnement du moteur. 6 ) Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la conduite ( 71, 71 ') bifurque du tuyau d'aspiration ( 1, 2, 4, 5) en aval du volet étran- gleur ( 6). 7 ) Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape ( 58) de commande de la pression comporte une membrane ( 63) de soupape, qui sépare une chambre de dépression ( 61), reliée avec une conduite de dépression ( 56), d'une chambre de haute pres- sion ( 69) reliée avec la conduite de haute pression ( 71, 71 '), et coopère avec un siège de soupape ( 62) qui s'avan- ce dans la chambre de haute pression ( 69), d'oh une con- duite de correction ( 82) va à la conduite de dépression ( 56), et à la conduite de pression de commande ( 55), et que, dans'la chambre de dépression ( 61), sont disposes un ressort de soupape ( 64) et un ressort de commande ( 79), qui sollicitent la membrane de soupape ( 63) dans la direc- tion du siège de soupape ( 62), le ressort de soupape ( 64) étant monté solidaire de la cage, le ressort de commande ( 79) agissant sur une membrane de commande ( 75) qui, d'un ceté, tourné vers le ressort de commande ( 79), peut être soumise à la pression régnant dans la chambre ( 61) de dé- pression, et de l'autre côté, à la pression régnant dans la conduite ( 71, 71 ') de haute pression. ) Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la force de fermeture assurée par le ressort de soupape ( 64) et le ressort de commande ( 79) sur la membrane de soupape ( 63) de la soupape de pression de commande ( 58), peut être diminée, aux températures in- :férieures à température de fonctionnement du moteur, par une lame bimétallique ( 72). 9 ) Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la lame bimétallique ( 72) peut être chauffée électriquement. ) Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le mouvement de la membrane de com- mande ( 75) peut Otre limité par des butées ( 68, 81). ) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en oe qu'il est disposé, en aval de la soupape de réglage de la pression- vaporisaer ( 40), une soupape doseuse ( 10), qui comporte un pitom-doseur ( 14) commandant un orifice ( 29) de dosa- ge, et qui peut être actionné, contre la force d'un res- sort de rappel ( 19), par un organe de mesure de l'air ( 3), placé dans le tuyau d'aspiration ( 2) pour doser une quan- tité de gaz correspondant à la quantité d'air aspirée.