Brevet FR2524562A1 — publié le 19831007

DISPOSITIF'D'ADAPTATION DE MOTEURS D'AVION -A UN COMBUSTIBLE GAZEUX La présente invention concerne un dispositif permettant à des moteurs d'avion, et plus particulièrement dans le domaine de l'aviation légère, d'utiliser comme carburant un gaz tel que par exemple du propane, du butane ou du méthane. Le but de l'invention est de permettre la substitution à un carburant relativement coûteux, l'essence, un autre carburant sensiblement plus économique, le gaz, sans pour autant restreindre trop sensiblement les performances des appareils ni surtout diminuer la sécurité de vol. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'adaptation d'un moteur d'avion conçu pour fonctionner à l'essence en vue de lui permettre de fonctionner au gaz ca ractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de gaz combustible sous pression relié par l'intermédiaire d'une électrovanne à un détendeur alimentant une bride de diffusion de gaz montée immédiatement en amont du carburateur traditionnel du moteur, des moyens pour réchauffer le gaz à l'intérieur du détendeur, une boite de mélange d'air froid et d'air chaud comprenant une entrée d'air chaud, une entrée d'air froid et un orifice de sortie communiquant directement avec l'amont de la bride de diffusion, des moyens de réglage de la proportion d'air chaud/air froid admis dans ladite boite, commandés par le pilote en fonction de la pression d'admission et des moyens de contrôle du réglage du mélange air chaud/air froid. Un tel dispositif peut être monté aux lieu et place du dispositif traditionnel d'alimentation en essence en particulier des moteurs à pistons utilisés en aviation légère mais il peut également être installé en parallèle avec l'alimentation en essence. On obtient alors un système mixte d'alimentation soit en essence, soit en gaz, cette alimentation pouvant être commandez en plein vol par le pilote,à volonté. On va décrire maintenant i' invenLion plus en détail en se référant aux dessins annexés sur lesquels - Fig. 1 illustre schématiquement le principe de l'adapta tion du dispositif de l'invention à un moteur d'avion à pistons - Fig. 2 représente une vue un perspective d'un premier mode de réalisation d'une boite de mélange air chaud/ air froid selon l'invention - Fig. 3 représente une vue en coupe axiale longitudinale de la boite de mélange de la Fig. 2 - Fig. 4 représente une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'une boite de mélange - Fig. 5 représente une vue en coupe axiale longitudinale de la bolte de la Fig. 4 - Fig. 6 représente une vue en coupe axiale verticale d'une bride de diffusion de gaz, et - Fig. 7 représente une vue de dessus de la bride de la Fig.6. Sur la Fig. 1 on a schématisé en 1 un moteur d'avion à pistons avec son carburateur 2 traditionnel c'est-à-dire destiné à l'essence. Le dispositif selon l'invention permet en effet d'utiliser directement un tel carburateur sans modifications fondamentales. Conformément à l'invention, le dispositif d'alimentation en gaz comprend un réservoir 3 contenant un gaz combustible sous pression tel que du propane, du butane ou du méthane par exemple. Le réservoir 3 est relié par l'intermédiaire d'une électro-vanne 4 à un détendeur de gaz 5 classique capable de délivrer par une canalisation 6 du gaz à la pression et au débit appropriés. Un tel détendeur se trouve actuellement dans le commerce et peut être utilisé sans aucune adaptation ou modification. Un tel détendeur 5 comporte un circuit de réchauffage du gaz détendu qui, dans le cadre de l'invention, sera relié par deux conduites 7 au circuit d'huile de lubri fication du moteur 1. La canalisation 6 d'amenée de gaz réchauffé et détendu est reliée à une bride 8 de diffusion de gaz montée sur la bride 9 d'entrée d'air du carburateur 2 avec interposition d'un joint d'étanchéité 10. En amont de la bride de diffusion de gaz 8 est montée une boite 11 de mélange d'air chaud/air froid destiné au carburateur 2. Cette boite 11 comporte un conduit 12 d'entrée d'air chaud, un conduit 13 d'entrée d'air froid et un conduit 14 de sortie du mélange air chaud/air froid raccordé à la bride 8 avec interposition d'un joint d'étanchéité 15. Les Fig. 2 et 3 illustrent un mode de réalisation de cette boîte de mélange 11. Suivant ces figures la boîte 11 est constituée d'un carter métallique de forme générale parallélépipédique comportant un orifice d'entrée d'air froid 16 relié par une conduite appropriée (non représentée) à une prise d'air froid située à l'extrémité du fuselage enveloppant l'avion, la bote 11 étant bien entendu à l'intérieur dudit fuselage. Le conduit d'air chaud 12 de la boîte 11 reçoit de l'air réchauffé au préalable après avoir léché le moteur 1. Le conduit 12 est disposé à la partie supérieure de la boite 11 de même que le conduit 14 de sortie du mélange avec sa plaque 17 de fixation à la bride de diffusion de gaz 8. Le mélange air chaud/air froid dans la boîte se fait grâce à un volet 18 de dimensions Correspondant à la section intérieure de la boite (Fig. 3) et monté à l'intérieur de la boite en étant articulé autour d'un axe 19 situé entre l'orifice 16 et le conduit 12. Le volet 18 est susceptible d'occuper deux positions extrêmes, l'une (représentée en traits pleins sur la Fig. 3) pour laquelle l'arrivée d'air froid est totalement obturée et l'arrivée d'air chaud totalement dégagée et, l'autre,(représentée en traits tiretés 18') pour laquelle on a l'inverse. La rotation de l'axe 19 est assurée à partir d'un petit moteur électrique 20 (Fig.l) à double sens de marche, fixé latéralement à la boite 11 et entraînant un pignon conique 21 en prise avec un secteur denté 22 solidaire en rotation de l'axe 19. La face interne du secteur 22 est munie d'un frotteur coopérant avec une piste conductrice double arquée 23 soli daire de la boîte 11 et reliée par des conducteurs 24 à un lecteur 25 affichant le degré de rotation du secteur 22 et monté sur le tableau de bord de l'avion. Sur la Fig. 2 on a représenté en 26 une patte de fixation de la boîte 11 sur le moteur ou sur bâti. Le moteur 20 est commandé par deux fils 27 reliés à un commutateur-inverseur 28 monté sur le tableau de bord de l'avion. Le commutateur-inverseur 28 est lui-même relié à la borne positive d'rune source de courant continu (non représentée) par l'intermédiaire d'un conducteur 29, d'un interrupteur 30 et d'un fusible de protection 31, le retour du courant se faisant par les masses métalliques. L'interrupteur 30 permet egalement de mettre sous tension un micro-contact 32 monte sur le carburateur 2 et sollicité pa-r un levier 33 de correction altimétrique commandé manuellement à partir d'une tirette 34 montée sur le tableau de bord 35. Les organes 33 et 34 existent normalement sur tout avion de ce type et servent a corriger l'arrivée d'essence en fonction de l'altitude. Le fil conducteur 36 de retour à la masse du microcontact 32 commande la mise en ou hors tension de l'électrovanne 4, un voyant de signalisation 37 monté sur le tableau de bord 35 informant de la mise en ou hors service de l'électro-vanne 4. Le fonctionnement du dispositif représenté sur les Fig. 1 à 3 et décrit ci-dessus est le suivant. Ce dispositif est monté sur un moteur fonctionnant à l'essence et permet de faire basculer immédiatement, à volonté, en cours de vol ou non, l'alimentation, soit en essence, soit en gaz. Pour le fonctionnement à l'essence, l'interrupteur 30 est ouvert,comme représenté sur la Fig. 1.L'électro-vanne 4 ne peut donc être sollicitée même si la tirette 34 est ma noeuvrée et le micro-contact sollicité par le levier 33 de correction altimétrique. Lorsque l'on veut passer au gaz, il suffit de fermer l'interrupteur 30 et de tirer la tirette 34 pour couper l'arrivée d'essence. Ces deux opérations provoquent parallèlement à la mise hors service de l'alimentation en essence, la mise en service de l'électro-vanne 4 qui commande aussitôt l'envoi de gaz dans le détendeur 5 et la bride de diffusion 8. Le réglage de la carburation se fait alors en agissant sur le commutateur-inverseur 28 pour faire tourner le moteur 20 dans un sens ou dans l'autre afin de déplacer le volet 18 dans un sens donnant au mélange d'air chaud/air froid la proportion la mieux adaptée aux conditions de vol du moment. Pour revenir au fonctionnement à l'essence, il suffit de reouvrir l'interrupteur 30 et de repousser la tirette 34 pour réintroduire de l'essence dans le carburateur 2. Après plusieurs dizaines d'heures de vol à bord d'un petit avion à moteur à pistons ainsi équipé, le Demandeur a pu constater que le passage, en vol à altitude constante, de l'alimentation à l'essence à l'alimentation au gaz se fait en douceur,sans à-coup, sans perte de puissance notable et sans pratiquement s'en rendre compte pour un passager non averti de la manoeuvre. Si en vol à l'horizontale on ne constate pratiquement de différence, par contre en vol ascensionnel, on note une légère perte de puissance en fonctionnement au gaz par rapport à l'essence. En dépit de cela, l'utilisation du gaz est très sensiblement positive du fait de la réduction très notable du coût de l'heure de vol consécutive au prix relativement faible du gaz par rapport à l'essence d'aviation. La mixité essence/gaz présente en particulier l'in térêt de pouvoir passer à tout moment de 1' un à l'autre et notamment de décoller et d'atteindre l'altitude de vol à l'essence,puis de passer à l'alimentation au gaz plus économique. On peut bien entendu équiper l'avion uniquement au gaz auquel cas il n'est pas besoin de prévoir la tirette 34, le levier 33 et le micro-contact 32. Les Fig. 4 et 5 illustrent un autre mode de réalisation de la boite de mélange 11. Alors que suivant la Fig. 1 le dispositif de 1 'inven- tion utilise une boite de mélange spécifique, dans le dispositif des Fig. 4 et 5, la boite est constituée par la boîte de mélange dont sont équipes habituellement les petits avions mais aIllerlagee pour y intégrer la comnancle de mélange associée au fonctionnement au gaz. A cet effet, la boite traditionnelle qui comprend un carter métallique 38, une sortie 39 de mélange airchaud/ air froid, une entrée d'air chaud 40, une entrée d'air froid 41 et un volet 42 à commande manuelle articulé en 43. Ce-volet 42 est normalement commandé par le pilote à l'aide d'une tirette et d'un cable 44 (Fig. 4) afin de régler la carburation en fonction de la pression d'alimentation en air, c'est-à-dire pratiquement de l'altitude. Conformément à l'invention, cette boîte est aménagée pour comporter une seconde entrée 45 d'air chaud et un volet 46 analogue au volet 18 de la Fig. 3 et interposé,enoutre,les entrées 41 et 45. Le volet 46 est articulé sur un axe 47 pa rallèle à l'axe 43 et dispose de façon à régler la proportion entre l'air froid arrivant par 41 et l'air chaud arrivant par 45 et dont l'origine est la même que l'air chaud arrivant par 40. Le volet 46 est commandé de la même manière que le volet 18 par les mêmes organes référencés de la même manière Lorsque le moteur fonctionne à l'essence l'interrupteur 30 est ouvert, le volet 46 étant en position 46' d'obturation du conduit 45. A ce moment, seul le volet 42 peut être manoeuvré manuellement par le pilote,à la demande et à la manière habituelle. Si l'on passe au gaz, le volet 42 est mise en position 42' d'obturation de 40 et l'interrupteur 30 est fermé. A ce moment, le réglage de la carburation (mélange air chaud/air froid) se fait en jouant sur la position du volet 46 à l'aide du commutateur-inverseur 28. il est à noter que le conduit 39, de même que le conduit 14 de la Fig. 2,est avantageusement muni d'une sonde de température reliée à un cadran du tableau de bord et indiquant la température du mélange gazeux. Les Fig. 6 et 7 illustrent un mode de réalisation de la bride de diffusion de gaz 8. Suivant ces figures la bride est constituée d'un venturi annulaire 48 amovible logé dans un porte-venturi 49 comportant des moyens de fixation aux brides de raccordement au carburateur 2 et à la boite de mélange 11. Dans le porte-venturi 49 est ménagée une chambre annulaire 50 entourant le venturi 48 et reliée à une ou plusieurs entrées de gaz 51 raccordées à la canalisation 6. Pour une même dimension du porte-venturi 49 le diamètre minimum d du venturi 48 peut varier. De même peuvent varier le nombre, la' forme, les dimensions et la répartition des trous 52 pratiqués dans le venturi 48 sensiblement au droit de l'étranglement afin de faire communiquer la chambre annulaire 50 avec le venturi, le flux d'air circulant dans ce dernier suivant la flèche de la Fig. 6. I1 est donc facile d'adapter le venturi d'injection du mélange air/combustible aux caractéristiques du moteur, du carburateur, du gaz employé ou aux conditions d'utilisation par simple changement du venturi 48. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne la technologie utilisée pour assurer la commande des volets (18,46) et du micro-contact 32. De même la double piste 23 et le frotteur du secteur 22 peuvent être remplacés par un simple potentiomètre monté au bout de l'axe 19 ou 47. Enfin, l'invention peut également s'appliquer bien entendu aux hélicoptères équipés de moteurs à pistons. R E V E N D I C A T I O N S =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=: 1. Dispositif d'adaptation d'un moteur d'avion conçu pour fonctionner à l'essence en vue de lui permettre de fonctionner au gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de gaz combustible sous pression (3) relié par l'intermédiaire d'une électro-vanne (4) à un détendeur (5) alimentant une bride de diffusion de gaz (8) montée immédiatement en amont du carburateur traditionnel (8) du moteur, des moyens (7) pour réchauffer le gaz à l'intérieur du détendeur (5), une boite (11. 38) de mélange d'air froid et d'air chaud comprenant une entrée d'air chaud (12,45), une entrée d'air froid (13, 41) et un orifice de sortie (14,39 communiquant directement avec l'amont de la bride de diffusion (8), des moyens (18 à 22) de réglage de la proportion d'air chaud/air froid admis dans ladite boite (11), commandés par le pilote en fonction de la pression d'admission et des moyens (23,25) de contrôle du réglage du mélange air chaud/air froid. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monté en parallèle avec l'alimentation classique en essence et comporte des moyens (30 à 34) pour commuter y compris en vol le type d'alimentation en substituant instantanément le gaz à l'essence et vice-versa. 3. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce que les moyens de réglage de la proportion d'air chaud/air froid sont constitues par un volet (18) interposé entre les entrées d'air chaud (12) et d'air froid (16) et articulé sur un axe (19) mû en rotation par un moteur électrique (20) à double sens de marche à partir d'une commande (28) disposée au tableau de bord (35). 4. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce que la boîte de mélange est constituée par le boîte de carburation équipant le moteur à essence à laquelle est adjoint un second conduit (45) d'entrée d'air chaud et un volet (46) interposé entre ledit conduit (45) et l'entrée d'air froid (41) et articulé sur un axe (47) mû en rotation par un moteur électrique (20) à double sens de rotation à partir d'une commande (28) disposée au tableau de bord (35). 5. Dispositif suivant les revendications 2 et 3 ou 4 caractérisé en ce que les moyens pour commuter le type d'alimentation sont constitués par un micro-contact (32) sollicité par le levier (33) de correction altimétrique et mis en position de fermeture lorsque ledit levier (33) est en position de coupure de l'arrivée d'essence, un interrupteur (30) disposé dans le circuit du micro-contact (32), ce circuit étant susceptible de mettre en ou hors service l'electro-vanne (4) de commande d'envoi du gaz audit détendeur (5). 6. Dispositif'suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'air chaud provint du réchauffage de l'air ambiant après léchage du moteur et l'air froid provient d'une prise d'air extérieure au fuselage. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du réglage du mélange air chaud/air froid sont constitués par un potentiomètre calé sur l'axe (19,47) de rotation dudit volet (18,46) et relié à un indicateur (25) du degré de rotation dudit volet (18,46), disposé au tableau de bord (35). 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le potentiomètre est formé par une double piste électrique (23) disposée sur la boite de mélange (11,38),coopérant avec un frotteur solidaire d'un secteur denté (22) luimême solidaire de l'axe d'entrainement (19,47) dudit volet (18,46) et mû par ledit moteur (20), ladite double piste (23) étant reliée audit indicateur (25). 9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la bride de diffusion de gaz (8) est constituée d'un venturi annulaire amovible (48) disposé dans un porte-venturi (49) délimitant autour du venturi une chambre annulaire (50) reliée par un ou plusieurs passages (51) à la canalisation (6) de gaz provenant du détendeur (5), le venturi (48) étant percé au voisinage de son diamètre minimum de trous (52) en nombre, forme, dimensions et distribution variables. 10. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le détendeur (5) comporte un circuit de réchauffage du gaz détendu relié par des canalisations appropriées (7) au circuit d'huile de lubrification du moteur.