Brevet FR2913252A1 — publié le 20080905

DISPOSITIF DE VAPORISATION ET DE DETENTE D'UN GAZ DE PETROLE LIQUEFIE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, NOTAMMENT DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un dispositif de vaporisation et de détente d'un gaz, plus particulièrement destiné à un moteur thermique à combustion interne bicarburant pour véhicule automobile, fonctionnant sélectivement soit par injection séquentielle d'essence, soit par gaz de pétrole liquéfié (GPL). Il est connu d'assembler un tel dispositif de vaporisation et de détente en parallèle avec le système d'alimentation en essence traditionnelle. Bien entendu, la carburation par GPL, moyennant quelques adaptations des composants, peut s'adapter également sur des véhicules à carburateur. Mais selon la présente application, il sera plus particulièrement adapté aux véhicules injectés multipoints. A noter également qu'il existe des systèmes qui permettent d'injecter directement le GPL en phase liquide. Mais dans ce cas, la présence du dispositif objet de l'invention n'est plus utile. Compte tenu des caractéristiques du GPL et de sa composition simple, formé essentiellement de butane et de propane, la combustion conduit a priori à des produits plus simples à traiter. 30 Les principaux résultats sur une motorisation au GPL fonctionnant correctement sont : - de faibles rejets de particules toxiques, - des rejets infimes de composés aromatiques, qui sont généralement dangereux et quelquefois cancérigènes, - des rejets de CO, HC et NOx qui peuvent être traités efficacement par la catalyse trois voies. Un autre avantage majeur est bien entendu le prix du carburant, car si un moteur au GPL peut entraîner de légères surconsommations, en fonction de la qualité du réglage effectué sur le véhicule, par contre le prix au litre de ce carburant est à ce jour en France inférieur de l'ordre de 30 à 40 % par rapport au prix du super sans plomb 95 par exemple. Ces rappels ayant été effectués, l'invention concerne un vaporisateur-détendeur assurant le passage d'un état liquide du gaz contenu dans un réservoir, à un état gazeux à diriger vers le moteur, selon une pression régulée en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci, cette transformation du liquide en gaz s'effectuant par l'intermédiaire de deux circuits distincts réalisés de part et d'autre d'une cloison séparatrice médiane d'un corps creux du vapodétendeur, fermé par un couvercle supérieur et un couvercle inférieur pour définir une chambre haute, avec une entrée et une sortie de GPL, et une chambre basse, avec une entrée et une sortie de liquide, issu du radiateur thermique du véhicule, destiné au réchauffage du GPL, assurant son changement d'état en gaz.35 L'art antérieur décrit différents vapo-détendeurs de ce type, mais divers inconvénients ont pu être relevés, tels que : - manque de précision de régulation de la pression, - mauvais pouvoir de vaporisation sur les plages de débit maximum, car le circuit d'échange thermique est sous-dimensionné et limité, - volume de motorisation limité aux petites cylindrées, car les grosses cylindrées requièrent parfois l'installation de deux vapodétendeurs, du fait d'un mauvais pouvoir de vaporisation équivalent à un débit maximum limité, 15 - difficulté d'installation sur le véhicule. Il est connu, dans certains dispositifs, d'améliorer le circuit d'échange thermique en doublant les circuits pour chaque liquide, GPL et liquide de 20 réchauffage, mais l'échange thermique idéal n'est pas atteint pour autant. Selon une première phase de la démarche inventive, il a été donc recherché d'obtenir un circuit ayant une 25 surface d'échange thermique maximum entre le circuit GPL et le circuit de liquide de réchauffage. Pour bien comprendre l'invention qui sera exposée plus loin, il est utile de rappeler certains points. Comme cité précédemment, le système GPL est présent en parallèle d'un système d'alimentation en essence du moteur. 10 30 Le GPL est stocké en phase liquide au sein d'un réservoir. Une poly-vanne installée directement sur le réservoir remplit les fonctions de limiteur de remplissage, de jauge, d'électrovanne et de soupape de sécurité. Ces fonctions peuvent être assurées par plusieurs éléments séparés. Le GPL est acheminé en phase liquide jusqu'à une électrovanne située dans le compartiment moteur. Cet organe a une fonction de sécurité supplémentaire en fermant le circuit d'arrivée du GPL en cas de coupure du moteur. Le GPL (toujours en phase liquide) est acheminé jusqu'à un vapo-détendeur qui permet à la fois la vaporisation du liquide en gaz et la régulation de la pression de gaz. Le gaz est alors acheminé soit à un boîtier de distribution, puis à des valves d'injection, soit directement à une rampe d'injecteurs. La fonction à assurer est de réguler le débit de gaz nécessaire au bon fonctionnement moteur. De manière à garantir les taux d'émissions polluantes et des performances acceptables, le système est piloté par un système électronique de commande qui, à l'aide de capteurs de pression et/ou de température, apporte les correctifs en temps réel. En ce qui concerne le vapo-détendeur, deux problématiques sont à résoudre : - la vaporisation du GPL en gaz, - la régulation de pression du gaz dans les différentes conditions de besoin moteur. En ce qui concerne la vaporisation, il faut générer une vaporisation du liquide. Pour cela, un système de réchauffage est utilisé. Dans la grande majorité des applications, on utilise le circuit de refroidissement du véhicule pour réchauffer le vapo-détendeur, et donc assurer la vaporisation. Le liquide de refroidissement ne chauffant pas de manière instantanée, le démarrage du véhicule se fait généralement en mode essence, et le basculement au GPL a lieu de manière automatique (gestion de l'électronique de commande) en fonction des conditions de température et de régime moteur. D'autres paramètres peuvent également intervenir. On pourrait imaginer un système de réchauffage électrique beaucoup plus rapide, mais l'augmentation du confort et des organes de sécurité dans l'automobile ne nous permettent pas, a priori, de disposer de puissances électriques suffisantes. Parallèlement, le phénomène de détente du GPL (passage d'un état liquide sous une pression pouvant aller jusqu'à 20 bars à un état gazeux sous une pression d'environ 1 bar) est une réaction endothermique. Le vapo-détendeur doit garantir l'approvisionnement du moteur en GPL gazeux, à température constante, de manière à obtenir le meilleur niveau de performances. Nous sommes donc en face d'une problématique à résoudre. En ce qui concerne la régulation de pression ou détente, constituant la seconde problématique, celle-ci concerne la régulation de pression du gaz en sortie de vapo-détendeur. Le gaz étant compressible, la précision de son dosage, à travers une rampe d'injecteurs ou à travers un boîtier de distribution, est directement liée à sa pression. Donc de manière à pouvoir optimiser la quantité de gaz à injecter, il est nécessaire de garantir une grande précision de régulation de cette pression. La présente invention a pour but de remédier à l'ensemble des problèmes énoncés ci-dessus et connus dans les vapo-détendeurs, notamment en recherchant un meilleur échange thermique entre les circuits de GPL et de réchauffage de celui-ci. A cet effet, elle vaporisation et de détente thermique à combustion véhicule automobile fonctionnant injection séquentielle d'essence ou par gaz de pétrole liquéfié (GPL), par l'intermédiaire d'un vaporisateur-détendeur assurant le passage d'un état liquide du gaz contenu dans un réservoir, à un état gazeux à diriger vers le moteur, selon une pression régulée en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci, cette transformation du liquide en gaz s'effectuant par l'intermédiaire de deux circuits distincts, réalisés de part et d'autre d'une cloison séparatrice médiane d'un corps creux du vapo-détendeur, fermé par un couvercle supérieur et un couvercle inférieur pour définir une concerne d'un gaz interne un dispositif de destiné à un moteur bicarburant, pour sélectivement par chambre haute, avec une entrée et une sortie de GPL, et une chambre basse, avec une entrée et une sortie de liquide issu du radiateur thermique du véhicule destiné au réchauffement du GPL, assurant son changement d'état en gaz, caractérisé en ce que les deux circuits sont conçus de manière symétrique de part et d'autre d'une paroi commune d'une gorge unique, réalisée à partir de l'une des faces de la cloison séparatrice du corps du vapo-détendeur, et décrivant un parcours continu le plus long possible entre les entrées et sorties respectives des circuits correspondants, en formant un serpentin ou des méandres, ladite gorge délimitant la chambre haute, ou circuit, lorsqu'elle est fermée par le couvercle supérieur, et la chambre basse, ou circuit, lorsque celle-ci est fermée par le couvercle inférieur, de manière à obtenir un échange thermique maximum des liquides GPL et de réchauffage (LR) situés de part et d'autre de la paroi de la gorge, sur la totalité de sa surface. L'invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente schématiquement un dispositif de vaporisation et de détente d'un gaz de pétrole liquéfié GPL sur un véhicule, monté en parallèle avec un dispositif d'injection séquentielle d'essence. La figure 2 montre le verso d'un vaporisateur-détendeur selon l'invention, couvercle enlevé, montrant le circuit de liquide de réchauffage du GPL. La figure 3 montre le recto d'un vaporisateur- détendeur selon l'invention, couvercle enlevé, montrant le circuit de GPL. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV- IV de la figure 3, montrant le GPL symbolisé par des points, et le liquide de réchauffage symbolisé par des croix. La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V à échelle agrandie par rapport à la figure 4, et vide de GPL et de liquide réchauffage. La figure 6 est une vue de dessous d'un vaporisateur-détendeur selon les figures précédentes, montrant des moyens de fixation réalisés sur son couvercle inférieur. Comme le rappelle la figure 1, de manière schématique, un dispositif de vaporisation et de détente est installé sur un véhicule automobile 1, plus particulièrement dans le compartiment moteur 2, et est globalement composé d'un réservoir de GPL 3 muni d'une poly-vanne 4. Le GPL à l'état liquide est acheminé vers le vapo-détendeur 5 par l'intermédiaire d'une électrovanne 6. Toujours schématiquement selon cette même figure, le vapo-détendeur 5 comporte un circuit 7 réservé au GPL, rentrant dans ce circuit en phase liquide et ressortant en phase gazeuse pour être dirigé vers un rail d'injection gaz 9, pour l'alimentation du moteur 10. Le vapo-détendeur 5 comporte également un circuit de réchauffage 8 permettant le passage du GPL liquide en gaz. Ce circuit de réchauffage étant alimenté par le circuit de refroidissement du véhicule issu du radiateur thermique 11. Le circuit comporte un capteur de pression 12, et deux capteurs de température 13 et 14 permettant à l'électronique de commande 15 de piloter l'ouverture des injecteurs. Comme le montrent de manière plus précise les figures 2 à 5, le vapo--détendeur 5 renferme les deux circuits distincts 7,8, réalisés de part et d'autre d'une cloison séparatrice médiane 13 d'un corps creux 14, fermé par un couvercle supérieur 15 et un couvercle inférieur 16, pour définir une chambre haute, se confondant avec le circuit 7, avec une entrée 17 et une sortie GPL 18, et une chambre basse, se confondant avec le circuit 8, avec une entrée 19 et une sortie 20 de liquide issu du radiateur thermique 11 du véhicule 1 destiné au réchauffage du GPL assurant son changement d'état en gaz. Selon l'invention, les deux circuits 7,8 sont conçus de manière symétrique, pour s'imbriquer l'un dans l'autre, de part et d'autre d'une paroi 21 commune d'une gorge unique 22, réalisée à partir de l'une des faces de la cloison séparatrice 13 du corps 14 du vapo- détendeur 5, et décrivant un parcours continu le plus long possible entre les entrées et sorties respectives 17,18 et 19,20 des circuits correspondants 7,8, en formant un serpentin ou des méandres, ladite gorge 22 délimitant la chambre haute, ou circuit 7, lorsqu'elle est fermée par le couvercle supérieur 15, et la chambre basse, ou circuit 8, lorsque celle-ci est fermée par le couvercle inférieur 16, de manière à obtenir un échange thermique maximum des liquides GPL et de réchauffage LR situés de part et d'autre de la paroi 21 de la gorge 22, sur la totalité de sa surface. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gorge séparatrice commune 22 définissant et délimitant les deux circuits 7,8 est formée par deux ailes latérales 21a,21b, inclinées l'une vers l'autre pour former un V prenant naissance indifféremment à partir de la face de la cloison tournée vers la chambre haute se confondant avec le circuit GPL 7, ou vers la chambre basse constituant le circuit de réchauffage 8. La section en V présente l'avantage de présenter une dépouille de part et d'autre de la gorge ainsi constituée, facilitant le démoulage. De plus, cette forme permet de gagner en surface du fait même de l'inclinaison des branches du V par rapport à des branches droites d'un U, et présente donc moins de surface d'échange thermique. 30 Il faut en fait que l'ouverture du V soit bien supérieure à celle d'un U, ce qui est rendu possible par l'imbrication des deux circuits selon l'invention. Par ailleurs, les ailes latérales 21a,21b du V formant la paroi 21 de la gorge 22 commune aux deux circuits 7,8 sont reliées entre elles, à leurs extrémités inférieures, par une partie plate 21c constituant le fond de la gorge 22. Selon une autre caractéristique, les ailes latérales 21a,21b de la gorge 22, commune aux deux circuits 7,8, comportent, de part et d'autre des parois qu'elles forment, une pluralité de crans en escalier 23, destinés à augmenter leur surface d'échange thermique avec les liquides respectifs (GPL et LR) des deux circuits 7,8 en contact de part et d'autre des parois 21a,21b,21c de la gorge 22. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps 14 du vapo-détendeur 5 définissant la cloison séparatrice 13 et sa gorge 22 commune aux deux circuits 7,8 est obtenu au cours d'une même opération de moulage. Avantageusement, le corps 14 ainsi constitué est obtenu par injection moulage d'aluminium. Bien entendu, il pourrait être obtenu dans toute autre matière. La forme, les dimensions et l'orientation des crans en escalier 23 sont telles à faciliter leur démoulage. Selon une autre caractéristique de l'invention, un flasque d'étanchéité et d'isolation thermique 24 est interposé entre le circuit 7 du GPL défini par la gorge 22 et une membrane 25 de régulation de la détente, elle-même interposée entre ledit flasque 24 et le couvercle supérieur 15. Ce flasque d'étanchéité 24 est avantageusement obtenu par moulage d'une matière thermoplastique, de manière à limiter toute perte calorique entre le GPL et la partie active de la régulation. Selon un autre perfectionnement, ce flasque d'étanchéité 24 comporte un bourrelet interne circulaire 26 dont le diamètre correspond au diamètre de pincement de la membrane de régulation 25. Ceci permet d'augmenter le diamètre de pincement indépendamment de la géométrie du circuit du GPL, et donc d'augmenter la surface active de la membrane, paramètre important de la précision de régulation. La configuration du circuit et du flasque au niveau du bourrelet permet d'obtenir une surface importante de la partie active de la membrane. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, le vapo-détendeur 5 comporte, sur la face externe de son couvercle de fermeture inférieur 16 de son corps 14, 20 25 des moyens de fixation constitués par huit rainures périphériques 27 à 34, en vis-à-vis deux par deux, de manière à définir quatre axes principaux correspondant à quatre positions possibles I,II,III,IV de montage, sur une barre fixe (non représentée) disposée sous le capot moteur du véhicule 1. Le choix d'une position idéale du vapo-détendeur 5 contribue à un meilleur rendement de celui-ci. En fait, le but premier est de faciliter l'assemblage du produit sous capot moteur en offrant le maximum de possibilités de fixation. 15 Le fonctionnement de la fonction de détente du vapo-détendeur 5 qui vient d'être décrit est le suivant : Le besoin du moteur en carburant est transcrit en temps d'ouverture des injecteurs GPL. Ceci équivaut à 20 un besoin de débit de gaz GPL. Ce débit a pour effet de faire chuter la pression aval au vapo-détendeur 5 et donc la pression interne à la chambre de détente A. L'effort généré par le ressort de détente 40 sur la coupelle de membrane 39 et donc sur la membrane 25 25 devient alors supérieur à celui généré par la pression aval sur la même membrane 25 dans la chambre de détente A. La membrane 25 descend et actionne le levier 37 par l'intermédiaire de l'axe de membrane 38, ce qui a pour effet d'ouvrir le clapet élastomère 35, solidaire du 30 levier 37 par l'intermédiaire du support de clapet 36. Le débit de GPL en phase liquide est autorisé au niveau de l'entrée GPLc B. Le GPLc pénètre dans la chambre de10 détente A, jusqu'à ce que la pression aval atteigne de nouveau sa valeur d'équilibre dans la chambre de détente A, permettant de lutter contre l'effort du ressort de détente 40. Le clapet élastomère 35 vient alors obturer l'entrée de GPLc B. La pression aval est ainsi régulée. La pression aval est réglable par l'intermédiaire de la vis de réglage 42 et de la coupelle de réglage 41. En actionnant la vis de réglage 42, la coupelle de réglage 41 se déplace verticalement ce qui modifie la valeur de précontrainte du ressort de détente 40, et donc, modifie la valeur de pression aval d'équilibre entre la chambre de détente A et celle générée par l'effort de ressort de détente 40 sur la membrane 25. REVENDICATIONS 1. Dispositif de vaporisation et de détente d'un gaz destiné à un moteur thermique à combustion interne (10) bicarburant, pour véhicule automobile (1) fonctionnant sélectivement par injection séquentielle d'essence ou par gaz de pétrole liquéfié (GPL), par l'intermédiaire d'un vaporisateur-détendeur (5) assurant le passage d'un état liquide du gaz contenu dans un réservoir à un état gazeux à diriger vers le moteur (10), selon une pression régulée en fonction des conditions de fonctionnement de celui-ci, cette transformation du liquide en gaz s'effectuant par l'intermédiaire de deux circuits distincts (7,8), réalisés de part et d'autre d'une cloison séparatrice médiane (13) d'un corps creux (14) du vapo-détendeur (5), fermé par un couvercle supérieur (15) et un couvercle inférieur (16) pour définir une chambre haute, avec une entrée (17) et une sortie de GPL (18), et une chambre basse, avec une entrée (19) et une sortie {20) de liquide issu du radiateur thermique (11) du véhicule (1) destiné au réchauffement du GPL, assurant son changement d'état en gaz, caractérisé en ce que les deux circuits (7,8) sont conçus de manière symétrique, pour s'imbriquer l'un dans l'autre, de part et d'autre d'une paroi (21) commune d'une gorge unique (22), réalisée à partir de l'une des faces de la cloison séparatrice (13) du corps (14) du vapodétendeur (5), et décrivant un parcours continu le plus long possible entre les entrées et sorties respectives (17,18 et 19,20) des circuits correspondants (7,8), enformant un serpentin ou des méandres, ladite gorge (22) délimitant la chambre haute, ou circuit (7), lorsqu'elle est fermée par le couvercle supérieur (15), et la chambre basse, ou circuit (8), lorsque celle-ci est fermée par le couvercle inférieur (16), de manière à obtenir un échange thermique maximum des liquides GPL et de réchauffage (LR) situés de part et d'autre de la paroi (21) de la gorge (22), sur la totalité de sa surface. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge séparatrice commune (22) définissant et délimitant les deux circuits (7,8) est formée par deux ailes latérales (21a,21b), inclinées l'une vers l'autre pour former un V prenant naissance indifféremment à partir de la face de la cloison tournée vers la chambre haute se confondant avec le circuit GPL (7), ou vers la chambre basse constituant le circuit de réchauffage (8). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailes latérales (21a,21b) du V formant la paroi (21) de la gorge (22) commune aux deux circuits (7,8) sont reliées entre elles, à leurs extrémités inférieures, par une partie plate (21c) constituant le fond de la gorge (22). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les ailes latérales (21a,21b) de la gorge (22), commune aux deux circuits (7,8), comportent, de part et d'autre des parois qu'elles forment, une pluralité de crans en escalier (23),destinés à augmenter leur surface d'échange thermique avec les liquides respectifs (GPL et LR) des deux circuits (7,8) en contact de part et d'autre des parois (21a,21b,21c) de la gorge (22). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps (14) du vapo-détendeur (5) définissant la cloison séparatrice (13) et sa gorge (22) commune aux deux circuits (7,8) est obtenu au cours d'une même opération de moulage. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un flasque d'étanchéité et d'isolation thermique (24) est interposé entre le circuit (7) du GPL défini par la gorge (22) et une membrane (25) de régulation de la détente, elle-même interposée entre ledit flasque (24) et le couvercle supérieur (15). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le flasque d'étanchéité et d'isolation thermique (24) comporte un bourrelet interne circulaire (26) dont le diamètre correspond au diamètre de pincement de la membrane de régulation (25). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le vapo-détendeur (5) comporte, sur la face externe de son couvercle de fermeture inférieur (16) de son corps (14), des moyens de fixation constitués par huit rainures périphériques (27 à 34), en vis-à-vis deux par deux, de manière à définir quatre axes principaux correspondant à quatre positionspossibles (I,II,III,IV) de montage, sur une barre fixe (non représentée) disposée sous le capot moteur du véhicule (1).