Brevet FR2640694A1 — publié le 19900622

Evaporateur-détendeur La présente invention concerne un évaporateur- détendeur qui peut être utilisé dans le domaine technologique des moteurs, et en particulier dans les moteurs à combustion interne fonctionnant à l'aide d'un carburant gazeux. On connaft un évaporateur-détendeur qui se compose d'un carter comprenant un conduit d'admission et un conduit d'évacuation du carburant, respectivement raccordés à deux chambres de détente, l'une à pression élevée et l'autre à faible pression, ces deux chambres étant pourvues de mbhrenes actives et reliées l'une à l'autre par un conduit dans lequel est montée une soupape actionnée par la membrane active de la chambre à faible pression, sous la commande d'un levier culbuteur. Entre le conduit d'admission du carburant et la chambre de détente à pression élevée, est également montée une soupape qui est actionnée par une membrane active respective,sous la commande d'un levier culbuteur. Il est prévu en plus une troisième chambre à car- burant pour la marche au ralenti du moteur, pourvue d'une membrane active et raccordée, par le biais d'une vis de réglage, au conduit d'évacuation du carburant. A l'intérieur du carter, il est également ménagé une cham- bre indépendante de préchauffage dans laquelle circule de l'eau fournie, au travers de raccords tubulaires d'entrée et de sortie, par le circuit de refroidissement du moteur. Un électro-aimant de démarrage est en outre associé à la chambre de détente à faible pression. Les inconvénients de cet évaporateur-Aétendeur connu sont multiples. En premier lieu,son fonctionnement n'est pas fiable en raison de l'usure rapide des membranes actives, due aux grandes différences de températures dans les divers états de fonctionnement, en raison aussi du grand nombre de composants qui complique les opérations d'entretien et de réparation ainsi qu'en raison du faible débit autorisé par les orifices de raccordement. Il existe également un risque de fuites de gaz dans l'atmosphère en cas de rupture de la membrane active de la chambre de détente à pression élevée et à travers la vis de réglage pour la marche au ralenti. Un dosage précis du carburant gazeux dans les différents états de fonctionnement du moteur est par ailleurs im- possible à obtenir à cause de l'impossibilité qu'il y a à maintenir des conditions de température constantes dans l'évaporateur- détendeur. Le but principal de la présente invention est par conséquent de développer un évaporateur-détendeur caractérisé par une fiabilité améliorée en service et par des opérations d'entretien et de réparation facilitées, ainsi que par la suppression des risques de fuites de gaz dans l'atmosphère et par l'amélioration du mélange sous des condi- tions de température defonctionnement constantes. Ce but est atteint par un évaporateur- détendeur qui comprend un carter dans lequel sont usinés un conduit d'admission et un conduit d'évacuation du carburant, respectivement raccordés à deux chambres séparées de détente du carburant, I'une à pression élevée et l'autre à faible pression,. Entre le conduit d'admis- sion et la chambre de détente à pression élevée, est montée une soupa- pe chargée par un ressort. La chambre de détente à pression élevée est raccordée à la chambre de détente à faible pression par un orifice qui est également obturé par une soupape chargée par un ressort. Pour la marche au ralenti du moteur, il est prévu une troisième chambre à carbu- rant, raccordée aux deux chambres de détente et pourvue d'une vis de réglage. Les trois chambres à carburant renferment des membranes actives qui délimitent de part et d'autre de chacune d'elles des espaces indépen- dants. Il est de plus prévu dans le carter une chambre de préchauffage séparée qui est raccordée au circuit de refroidissement du moteur par un raccord tubulaire d'entrée et un raccord tubulaire de sortie. Conformé- ment à l'invention, les soupapes situées entre le conduit d'admission du carburant et la chambre à pression élevée et entre cette dernière et la chambre à faible pression sont actionnées directement par les membranes actives respectives. La vis de réglage, associée à un ressort, est mon- tée immédiatement au-dessous de la membrane de la chambre à carburant affectée à la marche au ralenti du moteur, pour limiter la course de la membrane à une zone d'écoulement réglée de l'orifice de passage du car- burant en direction de la chambre à pression élevée. De plus, l'espace clos, formé au-dessous de la membrane active de la chambre à pression élevée, est raccordé, par un conduit, à l'espace à carburant de la chambre de détente à faible pression et, face au raccord tubulaire d'en- trée pour le liquide de préchauffage, est montée une valve électromagnéti- que qui est insérée dans un circuit électrique avec un relais et un capteur de température placé dans le conduit d'évacuation du carburant. Les avantages de la présente invention résident dans l'améliora- tion de la fiabilité de fonctionnement de l'évaporateur-déternd.eur, qui résulte de la suppression des conduits étroits de raccorde- ment pour le passage du carburant et des leviers culbuteurs, facilitant ainsi les opérations d'entretien et de réparation du détendeur. De plus, les risques de fuites de gaz dans l'atmosphère, en cas de rupture de la membrane de la chambre de détente à pression élevée et de dépressurisation autour de la vis de réglage du système pour la marche au ralenti, sont éliminés, et l'on obtient par ailleurs un niveau de température constant pour les composants de l'évaporateur- détendeur, ce qui Joue en faveur d'une augmentation de la durée de vie de tous les composants en caoutchouc - membranes actives et-joints - et d'un meilleur mélange. Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit plus en détail, mais uniquement à titre d'exemple non- limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unique le représente selon une vue en coupe effectuée le long de l'axe des chambres de détente. L'évaporateur- détendeur représenté se compose de deux chambres de détente de carburant, l'une A à pression élevée et l'autre B à faible pression, ces deux chambres étant intégrées dans un carter commun 1 dans lequel est en outre usiné un conduit horizontal 2 pour le carburant, qui relie le conduit d'arrivée du gaz à la chambre de détente A. Dans l'entrée de cette chambre, est monté un siège de soupape 3 dans lequel est logée une soupape 4 qui est repoussée contre le siège 3 par un ressort 5. La forme de la chambre de détente A est définie comme suit: une membrane 6 est pincée contre le carter 1 par un couvercle 7 sur lequel s'appuie un ressort 8 agissant sur la soupape 4 par l'intermédiaire de la membrane 6. Dans la chambre de détente A, est en outre montée une plaque d'évaporation à ailettes 9. Entre les deux chambres de détente A et B, se trouve un second siège de soupape 10 solidaire du carter 1 et dans lequel une seconde soupape 11 est logée, étant repoussée par un ressort 12 contre le siège 10. La forme de la chambre de détente B est définie comme suit: une deuxième membrane 13 est pincée contre le carter 1 par un couvercle 14, et l'espace formé au- dessus de cette membrane est mis en communication avec l'atmosphère au travers d'un orifice ménagé dans le couvercle 14, tandis que l'espace situé au-dessous de la membrane 13 est raccordé au carburateur du moteur par un conduit d'évacuation 15 du carburant. A l'intérieur du carter 1, est en outre ménagée une chambre supplémentaire C pour le carburant, destinée à la marche au ralenti du moteur,et à proxi- mité du siège de soupape 10, est monté un couvercle 16 dans lequel est ménagé un orifice 17 faisant communiquer la chambre C avec la chambre B. Une troisième membrane 18 est en outre pincée contre le carter 1 par ce couvercle 16 et, au-dessous de cette membrane 18, est disposé un ressort 19 qui presse celle-ci contre le bord d'un orifice 20 de passage du car- burant qui est usiné dans le couvercle 16 et communique avec la chambre de détente A par un conduit 21. Sur le carter 1, est par ailleurs mon- e une vis de réglage 22 disposée face à la membrane 18 et l'espace dé- mtié au-dessous de cette membrane est relié, par un raccord tubulaire 23, à la tubulure d'aspiration du moteur. De plus, un conduit 24 est usiné dans le couvercle 7 et dans le carter 1, ce conduit 24 faisant communiquer l'espace délimité au-dessous de la membrane 6 de la chambre de détente A avec l'espace délimité au-dessous de la membrane 13 de la chambre de détente B. Entre le carter 1 et le couvercle 7, est en ou- tre ménagée une chambre de préchauffage D qui entoure la chambre de déten- te A et se raccorde, par un raccord tubulaire d'entrée 25 et un raccord tubulaire de sortie 26, au circuit de refroidissement du moteur. Entre le raccord tubulaire d'entrée 25 et le carter 1, est montée une valve fóechromagnétique 27 qui est incorporée dans un circuit électrique com- mun avec un relais 28 et un capteur de température 29 disposé dans le conduit d'évacuation 15 du carburant. L'évaporateur-détendeur, conforme à l'invention, fonctionne comme suit: Quand le moteur n'est pas en marcne; c'est-à-dire quand le conduit 2 pour le carburant n'est par alimenté en gaz, le ressort 8 repousse la membrane 6 en direction de la soupape 4 et celle-ci n'est pas appliquée contre le siège de soupape 3, la chambre de détente A communiquant ainsi avec le conduit 2. La soupape 11 est quant à elle appliquée contre le siège de soupape 10 sous l'action du ressort 12. La membrane 13 de la chambre de détente B est dans sa position neutre étant donné que la pression régnant de part et d'autre de cette membrane est égale à la pression atmosphérique. La membrane 18 située dans la chambre C pour la marche au ralenti a, de son côté, obturé l'orifice 20 de fourniture de carburant du conduit de raccordement 21, sous l'action du ressort 19. La valve électromagnétique 27 est pour sa part ouverte et laisse donc s'écouler librement le liquide de préchauffage vers la cham- bre D. Lorsque le gaz carburant est fourni à l'évaporateur- détendeur; il passe à travers le conduit 2 et à travers l'ouverture centrale du siège 3, remplissant ainsi l'espace situé au- dessus de la membrane 6 de la chambre de détente A et, à cet instant, le gaz liquéfié passe en phase gazeuse et sa pression augmente. Quand la force exercée par le gaz sur la membrane 6 devient égale à la force du ressort 8, la membrane 6 est déplacée en direction du couvercle 7 et relache la soupape 4 laquelle, sous l'action du ressort 5 et sous l'effet de la pression du gaz dans le conduit 2, obture le siège de soupape 3. Une fois que le moteur à combustion interne est déma-ré, il s'établit, dans le dispositif mélangeur respectif, un vide quL trans- mis, par le conduit d'évacuation 15 du carburant,à l'espace forme au- dessous de la membrane 13 de la chambre de détente B. Il résulte alors de la différence de pression ainsi produite entre les deux c8tés de la membrane 13, que cette dernière est déplacée en direction de la soupape 11 et force celle-ci à libérer l'ouverture centrale du siège de soupape en surmontant la force du ressort 12. A cet instant, le gaz contenu dans la chambre de détente A pénètre dans la chambre de détente B et, quand sa pression devient égale à la pression atmosphérique, la membrane 13 revient dans sa position initiale par rapport au couvercle 14 et la soupape 11 obture le siège 10 sous l'action du ressort 12 et sous l'effet de la pression du gaz à l'intérieur de la chambre de déten- te A. Par suite du passage d'une partie du gaz dans la chambre de détente B, la pression régnant dans la chambre de détente A diminue et alors, le ressort 8 repousse la membrane 6 contre la soupape 4 qui libère ainsi l'ouverture centrale du siège de soupape3; il entre alors dans la chambre de détente A, une nouvelle quantité de gaz liquéfié qui s'évapore et élève la pression à l'intérieur de cette chambre. Sous l'effet de la pression du gaz, la membrane 6 est à nouveau déplacée en direction du couvercle 7,-comprimant ainsi le ressort 8, tandis que la soupape 4 obture l'ouverture centrale du siège de soupape 3. L'alimenta- tion en gaz est ainsi réalisée par l'intermédiaire des chambres de déten- te A et B. Le fonctionnement du système pour la marche au ralenti, dans l'évaporateur-détendeur conforme à l'invention, se fait comme suit: Lors de la marche au ralenti du moteur, il s'établit, en dessous du papillon des gaz dans le carburateur, un vide qui est transmis, par un conduit respectif et le raccord tubulaire 23, à l'espace délimité au- dessous de la membrane 18, et celle-ci, en surmontant laforce du ressort 19, se déplace vers la vis de réglage 22 et découvre ainsi l'orifice de sortie 20. Le gaz passe alors de la chambre de.détente A dans la chambre de détente B, en s'écoulant à travers le conduit de raccordement 21 et les orifices 20 et 17 et, depuis la chambre de détente B, il pénètre dans le carburateur en passant à travers le conduit 15. La quantité de gaz délivrée est déterminée par la distance "a" entre la vis de réglage 22 et la membrane 18. Pour l'évaporation du gaz liquéfié dans l'évaporateur- détendeur, on utilise la chaleur dissipée par le liquide du cir- cuit de refroidissement du moteur, qui circule, dans la chambre de pré- chauffage D formée dans le carter 1. Pour garantir une température cons- tante au gaz sortant de l'évaporateur-détendeur, et- influ- encer ainsi favorablement le coefficient de charge du moteur et augmen- ter également la durée de vie des membranes et des joints en caoutchouc, il est prévu en outre un système de régulation automatique qui fonction- ne comme suit: le capteur de température 29 enregistre la température du gaz quittant l'évaporateur- détendeur et, dans le cas d'une variation de la température, le relais 28 est activé et commute dans le sens de ''ouverture ou de la fermeture la valve électromagnéti- que 27 qui régule l'admission du liquide de préchauffage dans la chambre D. La chambre de préchauffage D n'enveloppe que la chambre de détente A, car c'est dans celle-ci que le gaz liquéfié doits'évaporer le plus intensivement. Le processus d'évaporation est également intensifié par la plaque d'évaporation 9 qui augmentela surface d'échange de chaleur. La fonction du conduit 24 adJoint à la chambre de détente A-est la suivante: en cas d'urgence, comme par exemple à la suite d'une rupture de la membrane 6, le gaz passe à travers celle-ci et pénètre dans le conduit 24 d'o il est transféré dans l'espace de la chambre de détente B, qui est raccordé au carburateur du moteur. On évite de la sorte des fuites de gaz dans l'atmosphère. REVENDICATION 4-Evaporateur-détendeur comprenant un carter (1) dans lequel sont usinés un conduit d'admission (2) et un conduit d'éva- cuation (15) pour le carburant, respectivement raccordés à une chambre de détente à pression élevée (A) et à une chambre de détente à faible pression (B),et dans lequel une soupape (4,11), chargée par un ressort (5, 12), est montée, d'une part, entre ledit conduit d'admission (2) et la chambre de détente à pression élevée (A) et, d'autre part, entre les deux chambres de détente (A,B), tandis qu'à ces deux chambres de dé- tente est raccordée une troisième chambre (C) pour la marche au ralenti du moteur, pourvue d'une vis de réglage (22), et que, dans les trois chambres, sont montées des membranes actives (6,13,18), une chambre de préchauffage (D) munie d'un raccord tubulaire d'entrée (25) et d'un raccord tubulaire de sortie (26) pour le liquide de pré-chauffage étant en outre ménagée autour de la chambre de détente à pression élevée (A), caractérisé en ce que lessoupapes (4,11)sontactionrées directementparles meIb'nes respectives (6,13), en ce que la vis de réglage (22), associée à un ressort (19), est montée au-dessous de la membrane (18) de la chambre (C) affectée à la marche au ralenti du moteur, en ce que l'espace formé au- dessous de la membrane active (6) de la chambre de détente à pression élevée (A) est raccordé par un conduit (24) à l'espace formé au-dessous de la membrane active (13) de la chambre de détente à faible pression (B) et en ce que,face au raccord tubulaire d'entrée (25) pour le liqui- de de préchauffage, est montée une valve électromagnétique (27) qui est insérée dans un circuit électrique avec un relais (28) et un capteur de température (29) placé dans le conduit d'évacuation du carburant (15).