Brevet FR2800130A1 — publié le 20010427

PROCÉ DE VAPORISATION DE CARBURANT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé de vaporisation de carburant pour un moteur à combustion interne, essence ou diesel, deux temps ou quatre temps, suralimenté ou non suralimenté, à injection directe ou indirecte. L'invention vise également un dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé. Dans les moteurs à combustion interne, la qualité de la combustion dépend essentiellement de la qualité du mélange carburant/ comburant. Il existe de nombreuses méthodes pour augmenter le brassage de ces deux composants dans les cylindres, par exemple - une première méthode consiste, dans les moteurs diesel à injection directe, à disposer la tubulure d'admission d'air tangentiellement au cylindre, afin d'engendrer une rotation élevée de la charge d'air dans le cylindre, - une autre méthode consiste à créer un mouvement de chasse latérale de l'air vers le centre du cylindre, en fin de compression, grâce à une forme particulière de la face supérieure du piston en vis à vis de la culasse, encore une autre méthode consiste à engendrer un mouvement rotationnel de la charge d'air au centre de la chambre de combustion, en fin de compression du piston, par exemple en prévoyant un évidement adapté sur le dessus du piston, encore une autre méthode consiste à prévoir une portion saillante au centre du piston pour favoriser le brassage de l'air à l'intérieur de la chambre avant combustion, pour les moteurs à essence. Ces différentes méthodes, utilisées séparément ou en association, ainsi que d'autres méthodes, ont pour but d'améliorer le mélange du comburant gazeux avec le carburant liquide. Dans les moteurs à essence à injection indirecte, le mélange admis dans cylindre un mélange d'air et de gouttelettes de carburant dont l'homogénéité est variable. Dans les moteurs diesel à injection directe, dans lesquels le carburant est injecté en fin de compression, la qualité de la combustion dépend de l'oxydation et de la bonne combustion gouttelettes carburant injectées. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients liés à l'hétérogénéité du mélange comburant gazeux et carburant liquide, aux variations de taille des gouttelettes de carburant à injecter, aux variations angle d'injection de carburant, et de proposer un procédé de vaporisation du carburant qui permette d'homogénéiser le mélange, d'améliorer la combustion et de diminuer l'émission polluante et de réduire la consommation de carburant. cet effet, l'invention a pour objet un procédé vaporisation de carburant pour un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il consiste à chauffer le carburant liquide pour que la totalité ou la majeure partie du carburant se vaporise, en amont du ou des injecteurs de carburant, pendant toute la phase fonctionnement du moteur, et à injecter le carburant ainsi vaporisé de façon à obtenir un mélange de carburant gazeux et de comburant gazeux dans le(s) cylindre(s) du moteur. Ainsi, on obtient une homogénéité du mélange carburant/comburant bien meilleure, car les deux composants sont sous forme gazeuse, et non sous forme gazeuse et liquide. outre, comme tous les composants sont volatils, leur combustion sera nettement meilleure, ce qui améliorera le rendement et diminuera donc la consommation. Comme le carburant gazeux sera davantage brûlé que le carburant liquide, on obtiendra également une diminution émissions polluantes et, dans le cas des moteurs diesel, une réduction de la formation de suies est attendue. Avantageusement, le procédé consiste à vaporiser le carburant liquide par échange de chaleur avec les gaz d'échappement pendant toute la phase de fonctionnement à chaud du moteur, c'est-à- dire après la phase de démarrage à froid du moteur. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de chauffage sur la ligne d'alimentation de carburant s'étendant entre le réservoir de carburant et le(s) injecteur(s) de carburant, afin de vaporiser le carburant liquide provenant du réservoir avant qu n'atteigne le(s) injecteur(s) de carburant. De préférence, les moyens de chauffage précités comportent en série sur la ligne d'alimentation, un système électrique de chauffage pour vaporiser le carburant liquide pendant la phase de démarrage froid du moteur et un moyen échangeur de chaleur branché en parallèle sur une tubulure d'échappement pour vaporiser le carburant liquide pendant la phase de fonctionnement à chaud du moteur. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte un capteur de température sur ladite ligne d'alimentation aval des moyens de chauffage précités et un système régulateur de température qui est apte à commander le débit des gaz d'échappement circulant dans le moyen échangeur de chaleur, en fonction de la valeur détectée de la température, pour que le carburant liquide atteigne moins sa température de vaporisation dans la ligne d'alimentation, sans dépasser valeur de seuil critique. Cette valeur de seuil est déterminée de façon que le carburant n'atteigne pas des températures excessives. Selon encore une autre caractéristique, ledit système régulateur de température est apte à commander le système électrique chauffage pour l'activer pendant la phase de démarrage froid du moteur, et pour le désactiver lorsque le transfert de chaleur par le moyen échangeur de chaleur est suffisant pour vaporiser carburant liquide dans la ligne d'alimentation. Avantageusement, pour un moteur diesel, système régulateur de température régule le débit des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur de façon que la température de vaporisation du carburant reste inférieure à la température d'auto-inflammation du gasoil. Avantageusement, la tubulure d'échappement comporte en parallèle une dérivation formant l'échangeur de chaleur, avec un moyen d'obturation réglable monté sur ladite dérivation et commandé par ledit système de régulation. Dans ce cas, pour un moteur non suralimenté, on peut prévoir un étranglement calibré sur la tubulure d'échappement entre l'embranchement d'entrée et l'embranchement de sortie de ladite dérivation. En revanche, pour un moteur suralimenté, on peut prévoir que la turbine du turbocompresseur est montée sur la tubulure d'échappement entre l'embranchement d'entrée et l'embranchement de sortie de la dérivation. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails, avantages et buts de l'invention apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné uniquement titre illustratif et non limitatif en référence au dessin schématique annexé. La figure unique ce dessin est un schéma synoptique fonctionnel d'un exemple de réalisation du dispositif de l'invention. Sur cette figure unique, est représenté réservoir de carburant 1 dans lequel plongent une tubulure d'admission 2 et une tubulure renvoi 3 branchée à son extrémité opposée sur la tubulure d'admission 2, ladite tubulure de renvoi 3 étant munie un clapet de surpression anti-retour 4, pour permettre au carburant de retourner vers le réservoir 1 par la tubulure de renvoi 3, lorsque la pression dans la tubulure admission est trop élevée. La tubulure d'admission 2 est munie une pompe d'alimentation de carburant 5 et se prolonge en aval par une pluralité d'injecteurs 6 en parallèle, un par cylindre. Les quatre injecteurs 6, dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, sont commandés ici par un calculateur électronique 7 pour ouvrir et fermer lesdits injecteurs selon une séquence prédéterminée. La tubulure d'admission 2 est également munie au niveau des injecteurs 6 d'un accumulateur de pression 8 pour maintenir une pression constante d'injection. Bien que cela ne soit pas représenté, les injecteurs 6 peuvent injecter le carburant dans un collecteur d'admission pour un moteur quatre temps, ou dans une tubulure de transfert pour un moteur deux temps, dans le cas de l'injection indirecte. Si le moteur est à injection directe, chacun des quatre injecteurs 6 précités injecte le carburant directement dans chaque cylindre d'un moteur à quatre cylindres. La tubulure d'admission 2 comporte en outre un capteur de température 9, situé entre la pompe 5 et les injecteurs 6. Ce capteur 9 envoie un signal représentatif de la température détectée par une ligne électrique 10 à un système régulateur de température 1 . Un système électrique de chauffage, par exemple une résistance électrique 12, est branché à deux bornes du système régulateur 11, et ladite résistance est bobinée autour d'une portion de la tubulure d'admission 2, entre la pompe 5 et le capteur 9. Le système régulateur 1 commande également une soupape d'obturation 13 sur une tubulure de dérivation 14, comme indiqué par la flèche 15. Cette tubulure de dérivation 14 est branchée en parallèle sur la tubulure d'échappement 16 du moteur. La tubulure de dérivation 14 est enroulée autour d'une partie de la tubulure d'admission 2, entre la pompe 5 et la résistance électrique 12, pour constituer un échangeur de chaleur. La soupape 13 est montée sur l'embranchement d'entrée de la tubulure de dérivation 14. tubulure d'échappement 16 peut être munie un étranglement 17 entre les branches d'entrée et de sortie de la tubulure de dérivation 14, pour forcer les gaz d'échappement à passer au moins partiellement par la tubulure de dérivation 14. variante, pour un moteur suralimenté, on peut remplacer l'étranglement 17 par la turbine 18 d'un turbocompresseur. Ainsi, la pression dans la turbine est telle que les gaz passent au moins partiellement par l'échangeur de chaleur 14, lorsque la soupape d'obturation 13 est en position ouverte. On va maintenant brièvement décrire le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Au démarrage du véhicule, le moteur est froid, et la pompe à carburant 5 vient prélever du carburant dans le réservoir 1. carburant circule à travers la tubulure d'admission 2 et traverse la portion entourée par l'échangeur de chaleur 14, sans toutefois être échauffé suffisamment pour être vaporisé, car les gaz d'échappement provenant de la tubulure d'échappement 16 ne sont pas suffisamment chauds. Bien entendu, au démarrage, la soupape d'obturation 13 est en position complètement ouverte. Puis, le carburant traverse la portion de tubulure 2 entourée par la résistance électrique 12 qui est alimentée en énergie électrique pour provoquer un échauffement, par effet Joule, suffisant pour vaporiser le carburant dans la tubulure d'admission 2. La résistance électrique 12 est suffisante pour vaporiser le carburant, étant donné que le débit de carburant est faible au démarrage. Le capteur de température 9 en aval de la résistance électrique 12 permet au système régulateur 11 d'autoréguler la température d'échauffement de la résistance , en fonction de la température détectée. Puis, le carburant vaporisé parvient aux injecteurs 6 qui injectent vers les cylindres du moteur, du carburant gazeux, comme représenté schématiquement en 6a. que le moteur monte en régime et en charge, les gaz d'échappement sont suffisamment chauds pour provoquer une vaporisation du carburant dans la tubulure d'admission 2 au niveau de l'échangeur de chaleur 14, de sorte que le système régulateur Il désactive résistance électrique 12 et vient réguler le débit de gaz d'échappement passant par la tubulure de dérivation 14, en commandant la soupape d'obturation 13, de façon que la température de vaporisation du carburant ne soit pas excessive. En particulier, dans le cas d' moteur diesel, la température de vaporisation doit rester inférieure à la température d'auto- inflammation du gasoil. L'accumulateur de pression 8 permet d'assurer une pression d'injection du carburant gazeux au niveau des injecteurs 6 qui soit suffisante pour permettre l'injection du carburant dans les cylindres, c'est-à-dire une pression supérieure à celle régnant dans le cylindre au moment de l'injection du carburant gazeux. On constate ainsi que le montage en série de l'échangeur de chaleur de la résistance électrique 12 permet d'assurer une bonne vaporisation du carburant avec une consommation minimale d'énergie électrique, quelle que soit la quantité de chaleur récupérée au niveau des gaz d'échappement. dispositif selon l'invention permet ainsi d'améliorer la combustion par homogénéisation du mélange carburant/comburant et par combustion des seuls composants volatils du mélange. Cette amélioration de la combustion se traduit par une diminution des émissions polluantes et une diminution de la consommation de carburant. Bien entendu, dans un moteur à essence, une bougie d'allumage sera prévue dans les cylindres pour provoquer le démarrage de la combustion. Grâce à l'invention, le mode de combustion est beaucoup plus doux que dans le cas d'une combustion d'un mélange carburant liquide/comburant gazeux, ce qui réduit les bruits de la combustion. Cet avantage est particulièrement sensible pour les moteurs diesel. En outre, dans les moteurs diesel, le fait de n'injecter dans cylindres, et donc de ne brûler, que les parties vaporisées du carburant gasoil devrait permettre de diminuer la formation de suies lors de la combustion. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs variantes réalisation, il est bien évident qu'elle n'y nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de vaporisation de carburant pour un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il consiste à chauffer carburant liquide pour que la totalité ou la majeure partie du carburant se vaporise, en amont du ou des injecteurs de carburant (6), pendant toute la phase de fonctionnement du moteur, et à injecter le carburant ainsi vaporisé (6a) de façon à obtenir un mélange de carburant gazeux et de comburant gazeux dans le(s) cylindre(s) du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à vaporiser le carburant liquide par échange de chaleur avec les gaz d'échappement pendant toute la phase de fonctionnement chaud du moteur, c'est-à-dire après la phase de démarrage à froid du moteur. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de chauffage (12, 14) sur la ligne d'alimentation de carburant (2) étendant entre le réservoir de carburant (1) et le(s) injecteur(s) de carburant (6), afin de vaporiser le carburant liquide provenant du réservoir avant qu'il n'atteigne le(s) injecteur(s) de carburant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage (12) précités comportent en série sur la ligne d'alimentation (2), un système électrique de chauffage (12) pour vaporiser le carburant liquide pendant la phase de démarrage à froid du moteur et un moyen échangeur de chaleur (14) branché en parallèle sur tubulure d'échappement (16) pour vaporiser le carburant liquide pendant la phase de fonctionnement à chaud du moteur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur de température (9) sur ladite ligne d'alimentation (2) en aval des moyens de chauffage précités (12, 14) et un système régulateur de température (11) qui est apte à commander le débit des gaz d'échappement circulant dans le moyen échangeur de chaleur (14), en fonction de la valeur détectée de la température, pour que le carburant liquide atteigne au moins sa température de vaporisation dans la ligne d'alimentation, sans dépasser une valeur de seuil critique. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit système régulateur de température (11) est apte à commander le système électrique de chauffage (12) pour l'activer pendant la phase de démarrage à froid du moteur, et pour le désactiver lorsque le transfert chaleur par le moyen échangeur de chaleur (14) est suffisant pour vaporiser le carburant liquide dans la ligne d'alimentation (2). Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que, pour un moteur diesel, le système régulateur température (11) régule le débit des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur (14) de façon que la température de vaporisation du carburant reste inférieure la température d'auto-inflammation du gasoil. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à caractérisé par le fait que la tubulure d'échappement (16) comporte en parallèle une dérivation formant l'échangeur de chaleur (14), avec un moyen d'obturation réglable (13) monté sur ladite dérivation et commandé par ledit système de régulation (11). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, pour un moteur non suralimenté, un étranglement calibré (17) est prévu sur la tubulure d'échappement (16) entre l'embranchement d'entrée et l'embranchement de sortie de ladite dérivation (14). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, pour un moteur suralimenté, la turbine (18) du turbocompresseur est montée sur la tubulure d'échappement (16) entre l'embranchement d'entrée et l'embranchement de sortie de la dérivation (14).