Brevet FR2926606A1 — publié le 20090724

Dispositif de prétraitement d'un carburant L'invention concerne un dispositif de prétraitement d'un fluide, par exemple, d'un combustible pour un moteur à combustion interne, en particulier, d'un carburant vaporisé dit � alternatif � car non utilisé de manière conventionnelle pour le moteur à combustion interne, notamment celui du type essence ou Diesel. Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un dispositif de prétraitement, tel que celui de l'état de l'art io partiellement illustré sur les figures 1 et 2 et décrit, par exemple, dans le brevet aux Etats-Unis US 5,794,601. Il s'agit du dispositif de prétraitement 1 d'un carburant alternatif vaporisé 2 pour un moteur 3 à combustion interne présentant une zone d'admission 30 et une zone d'échappement 31, le dispositif de prétraitement 1 comportant : 15 - un conduit d'échappement 11 présentant un axe d'allongement AC et relié à la zone d'échappement 31 pour transporter des gaz d'échappement 310 en dehors 311 de la zone d'échappement 31, - une source 12 de carburant alternatif vaporisé 2, - un tuyau d'alimentation 13 du moteur 3 en carburant alternatif 20 vaporisé 2 liant la source 12 de carburant alternatif vaporisé 2 avec la zone d'admission 30 pour assurer un écoulement du carburant alternatif vaporisé 2 de la source 12 vers la zone d'admission 30 initiée par une dépressurisation correspondante, le tuyau d'alimentation 13 comportant au moins une section 130 prolongée 25 axialement et au moins partiellement logée dans le conduit d'échappement 11 pour former, à l'intérieur du conduit d'échappement 11, une zone d'échanges thermiques 111 entre la section 130 et les gaz d'échappement 310, la section 130 comprenant au moins un insert 14 axial formant une zone de 30 restriction de passage 140 de carburant alternatif vaporisé 2 en écoulement. US 5,794,601 décrit un moteur à combustion interne pouvant utiliser pour son fonctionnement non seulement un combustible conventionnel, par exemple, une essence, mais également un carburant alternatif vaporisé qui est produit à partir, par exemple, d'un mélange de l'essence avec de l'eau. Comme illustré sur les figures 1-2, grâce au dispositif de prétraitement 1 selon US 5,794,601, il est possible d'utiliser la chaleur des gaz d'échappement 310 pour chauffer davantage le carburant alternatif vaporisé 2 en écoulement dans la io section 130 du tuyau d'alimentation 13 logée dans le conduit d'échappement 11. En plus, le carburant alternatif vaporisé 2 est contraint de traverser la zone de restriction de passage 140 formée dans la section 130 par l'insert 14, de sorte que l'écoulement du carburant alternatif vaporisé 2 est turbulent. Cette turbulence couplée 15 avec la chaleur des gaz d'échappement 310 fait qu'un état physique et/ou physico-chimique du carburant alternatif vaporisé 2 est modifié. Pour illustrer cette modification de son état, le carburant alternatif vaporisé 2 est référencé 20 après sa traversée de la zone de restriction de passage 140, dite réacteur, sur la figure 2. C'est donc le carburant 20 alternatif vaporisé modifié 20 qui est amené par le tuyau d'alimentation 13 dans la zone d'admission 30 du moteur 3 (figure 1). Les caractéristiques physico-chimiques du carburant alternatif vaporisé 2 peuvent varier d'une prise, dans un réservoir alternatif 4, du carburant alternatif initialement en état liquide non évaporé 200, à l'autre. De ce 25 fait, la modification de l'état du carburant alternatif vaporisé 2 dans la zone de restriction de passage 140 et, par conséquent, les caractéristiques physico-chimiques du carburant alternatif vaporisé modifié 20 arrivant dans la zone d'admission 30 du moteur 3 varient également d'une prise du carburant alternatif liquide non évaporé 200 à 30 l'autre en altérant ainsi un fonctionnement du moteur 3. Pour palier à cet inconvénient le tuyau d'alimentation 13 est équipé d'au moins une première vanne 5 de régulation pour contrôler le 2 débit du carburant alternatif vaporisé modifié 20 arrivant dans la zone d'admission 30. En outre, le dispositif de prétraitement 1 connu est muni d'une deuxième vanne 6 de régulation installée sur une canalisation 60 pour contrôler le débit d'air 8 dans la zone d'admission 30, et d'une troisième vanne 7 de régulation installée sur une conduite 70 pour contrôler le débit du combustible conventionnel 9 arrivant à partir d'un réservoir conventionnel 90 dans la zone d'admission 30. Une coordination en temps réels des ouvertures/fermetures respectives de ces trois vannes de régulation 5, 6, 7 nécessite des moyens de calcul io surdimensionnés couplés avec des encombrants moyens de mise en mouvement de ces vannes de régulation 5, 6, 7, sans pour autant garantir le fonctionnement inaltéré du moteur 3 entre deux prises du carburant alternatif liquide non évaporé 200 avec des caractéristiques physico-chimiques distinctes. 15 La présente invention, qui s'appuie sur cette observation originale, a principalement pour but de proposer un dispositif de prétraitement visant au moins à réduire l'une au moins des limitations précédemment évoquées. A cette fin, le dispositif de prétraitement, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci- 20 dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'excitation des champs électromagnétiques pour agir au moins dans ladite section du tuyau d'alimentation sur le carburant alternatif vaporisé. Grâce à cet agencement, il est possible de contrôler davantage 25 la modification de l'état du carburant alternatif vaporisé dans la zone de restriction de passage. En effet, les champs électromagnétiques générés par les moyens d'excitation favorisent un mouvement tourbillonnaire des particules chargées déjà présentes dans le carburant alternatif vaporisé et contribuent à une synthèse d'autres 30 particules chargées dans la zone de restriction de passage. En plus, lors que le carburant alternatif liquide non évaporé comprend pour l'essentiel, voire pour sa totalité, de l'eau, les dits champs électromagnétiques contribuent au synthèse des gaz comme hydrogène et oxygène, bénéfiques au fonctionnement inaltéré du moteur à combustion interne. Ainsi, l'ouverture et/ou la fermeture coordonnées en temps réel des vannes de régulation deviennent moins critiques pour assurer le fonctionnement inaltéré du moteur et peuvent être assurées sans qu'il soit nécessaire de faire appel aux moyens surdimensionnés de calculs et/ou de mise en mouvement de ces vannes de régulation. Selon un deuxième de ses aspects, l'invention concerne un io moteur à combustion interne utilisant le dispositif de prétraitement selon l'invention, c'est-à-dire un tel moteur où est disposé ce dispositif de prétraitement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre 15 indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un schéma de principe d'un moteur à combustion interne muni d'un dispositif connu de prétraitement d'un carburant alternatif vaporisé, 20 la figure 2 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe longitudinale partielle (référencée � I-I � sur la figure 1) une section d'un tuyau d'alimentation du moteur en carburant alternatif vaporisé logée dans un conduit d'échappement du dispositif connu de prétraitement, 25 la figure 3 représente un schéma de principe d'un moteur à combustion interne muni d'un dispositif de prétraitement selon l'invention, la figure 4 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe longitudinale partielle (référencée � Q-Q � sur la 30 figure 3) une section d'un tuyau d'alimentation du moteur en carburant alternatif vaporisé logée dans un conduit d'échappement du dispositif de prétraitement selon l'invention avec des moyens d'excitation des champs électromagnétiques disposés à l'extérieur du conduit d'échappement, la figure 5 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe longitudinale partielle une section d'un tuyau d'alimentation du moteur en carburant alternatif vaporisé logée dans un conduit d'échappement du dispositif de prétraitement selon l'invention avec des moyens d'excitation des champs électromagnétiques logés à io l'intérieur du conduit d'échappement, la figure 6 représente de manière schématique en vue simplifiée en coupe partielle dans un plan référencé � V-V � sur la figure 5 la section logée dans le conduit d'échappement du dispositif de prétraitement selon l'invention avec les moyens d'excitation des 15 champs électromagnétiques logés à l'intérieur du conduit d'échappement. Les figures 1-2, présentant l'état de l'art, ont déjà été discutées ci-dessus et ne sont pas décrites de nouveau ici. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un 20 dispositif de prétraitement 1 (figures 3-6), destiné à prétraiter un fluide vaporisé, par exemple, un carburant alternatif vaporisé 2, de préférence, comprenant de l'eau, pour un moteur 3 à combustion interne, de préférence, du type essence ou Diesel, fonctionnant avec un combustible conventionnel 9 et présentant une zone d'admission 30 et 25 une zone d'échappement 31. Comme illustré sur la figure 3, le dispositif de prétraitement 1 comporte : - un conduit d'échappement 11, par exemple, cylindrique, présentant un axe d'allongement AC et relié à la zone d'échappement 31 pour 30 transporter des gaz d'échappement 310 en dehors 311 de la zone d'échappement 31, - une source 12 de carburant alternatif vaporisé 2, - un tuyau d'alimentation 13 du moteur 3 en carburant alternatif vaporisé 2 liant la source 12 de carburant alternatif vaporisé 2 avec la zone d'admission 30 pour assurer un écoulement du carburant alternatif vaporisé 2 de la source 12 vers la zone d'admission 30 initiée par une dépressurisation correspondante, le tuyau d'alimentation 13 comportant au moins une section 130, par exemple, cylindrique, prolongée axialement et au moins io partiellement logée (par exemple, de manière coaxiale comme illustré sur les figures 3-6), dans le conduit d'échappement 11 pour former, à l'intérieur du conduit d'échappement 11, une zone d'échanges thermiques 111 entre la section 130 et les gaz d'échappement 310, la section 130 comprenant au moins un insert 15 14 axial formant une zone de restriction de passage 140 de carburant alternatif vaporisé 2 en écoulement. Selon l'invention, le dispositif de prétraitement 1 comporte des moyens d'excitation 15 des champs électromagnétiques B, E pour agir au moins dans ladite section 130 du tuyau d'alimentation 13 sur le 20 carburant alternatif vaporisé 2 (figure 4). Comme le montre la figure 5, les moyens d'excitation 15 peuvent être logés à l'intérieur du conduit d'échappement 11 dans la zone d'échanges thermiques 111. Dans ce cas, ladite section 130 présente, en regard de moyens d'excitation 15, des parois comportant 25 au moins un fragment perméable 131 aux champs électromagnétiques B, E générés par les moyens d'excitation 15. Grâce à cet agencement, les moyens d'excitation 15 sont proches de la zone de restriction de passage 140 et, donc, du carburant alternatif vaporisé 2 en écoulement dans la section 130. Il est ainsi 30 possible d'agir de manière très ponctuelle avec des champs 6 électromagnétiques B, E sélectivement orientés par rapport à l'axe AC sur une partie seulement du carburant alternatif vaporisé 2 subissant un changement de son état physique ou physico-chimique le long de l'insert 14. Cela permet de réduire la puissance des champs électromagnétiques B, E nécessaires pour influencer ladite modification de l'état du carburant alternatif vaporisé 2. De ce fait, il est possible de réduire la taille des moyens d'excitation 15, leur poids et leur consommation en énergie. En plus, les intensités respectives des champs électromagnétiques B, E étant réduites, ils ne perturbent pas io un fonctionnement des appareils électroniques de proximité, par exemple, un calculateur d'un véhicule automobile comportant le dispositif de prétraitement 1 selon l'invention. L'orientation sélective des champs électromagnétiques B, E peut être obtenue grâce au positionnement relatif, par exemple, axial, des moyens d'excitation 15 15 par rapport aux fragments perméables 131. Ces derniers peuvent être disposés sélectivement (radialement et/ou axialement) sur les parois de la section 130 pour contribuer davantage dans une distribution spatiale prédéterminée des champs électromagnétiques B, E à l'intérieur de la section 130 et, notamment, dans la zone de restriction de passage 140. 20 De manière alternative, les moyens d'excitation 15 peuvent être disposés à l'extérieur du conduit d'échappement 11. Dans ce cas, ladite section 130 et le conduit d'échappement 11 peuvent présenter respectivement, en regard de moyens d'excitation 15, des parois comportant des fragments perméables 131, 110 aux champs 25 électromagnétiques B, E générés par les moyens d'excitation 15 (figure 4). Grâce à cet agencement, les moyens d'excitation 15 sont protégés des sollicitations thermiques et mécaniques dues aux gaz d'échappement 310. Comme discuté précédemment, l'orientation 30 sélective des champs électromagnétiques B, E est assurée grâce au positionnement relatif des moyens d'excitation 15 par rapport aux fragments perméables 131, 110 et aux emplacements sélectifs de ces derniers sur les parois de la section 130 et du conduit d'échappement 11 respectivement. De préférence, chaque fragment perméable 131, 110 aux champs électromagnétiques B, E est céramique sur au moins une partie de sa longueur axiale. Grâce à cet agencement, il est possible de maîtriser non seulement la pénétration spatiale sélective évoquée ci-dessus des champs électromagnétiques B, E à l'intérieur de la section 140 et, notamment, dans la zone de restriction de passage 140, mais io également d'optimiser, par exemple, axialement, les échanges thermiques entre les gaz d'échappement 310 et le carburant alternatif vaporisé 2, en particulier, dans la zone de restriction de passage 140. De préférence, chaque fragment perméable 131, 110 aux champs électromagnétiques B, E présente une forme cylindrique. 15 Cette dernière permet de préserver une symétrie d'écoulement tant dans le conduit d'échappement 11 que dans la section 130. Cela contribue à rendre plus homogènes axialement les modifications de l'état du carburant alternatif vaporisé 2. De préférence, l'insert 14 comprend au moins un coeur 20 ferromagnétique 141 (figures 4-6). Grâce à cet agencement, il est possible de � guider � des lignes de champs électromagnétiques B, E et, in fine, de contrôler davantage l'orientation sélective des champs électromagnétiques B, E dans la zone de restriction de passage 140. 25 De préférence, l'insert 14 est enrobé par un matériau non ferromagnétique 142. Grâce à cet agencement, il est possible d'optimiser les dimensions linéaires du coeur ferromagnétique 141, de manière à contrôler davantage l'orientation sélective des champs électromagnétiques B, E dans la zone de restriction de passage 140 et à ce que cela reste sans conséquences sur la forme de l'insert 14 qui détermine la taille la zone de restriction de passage 140 et peut influencer le régime tourbillonnaire de l'écoulement dans cette zone 140. De préférence, l'insert 14 est enrobé par un matériau inoxydable. Grâce à cet agencement, il est possible d'éviter une corrosion io de l'insert 14 malgré une présence des composants chimiquement agressifs dans le carburant alternatif vaporisé 2. En absence de corrosion, il n'y a pas de phénomène d'effritement d'une surface de l'insert 14 orientée vers la section 130 qui, donc, préserve son intégrité mécanique. Ainsi, aucune particule de l'insert 14 ne contamine pas le 15 carburant alternatif vaporisé 2 et, plus encore, le carburant alternatif vaporisé modifié 20. De ce fait, aucun filtre spécifique n'est plus nécessaire à l'entrée dans une zone d'admission 30 pour protéger le moteur 3. Par la même occasion, le tuyau d'alimentation 13 ne présente aucune perte de charge parasite qui pourrait être induite par le filtre. 20 De préférence, l'insert 14 est une pièce monobloc en nickel. Grâce à cet agencement, il est possible d'obtenir l'insert 14 présentant à la fois des caractéristiques physiques et chimiques uniques, lui permettant, à la fois, d'orienter les lignes des champs des champs électromagnétiques B, E, être non corrosif et, enfin, agir en tant 25 qu'un catalyseur pour la réaction de modification de l'état du carburant alternatif vaporisé 2, notamment dans la zone de restriction de passage 140. De préférence, la source 12 de carburant alternatif vaporisé 2 comprend des moyens de distribution 120 des additifs (figure 3), par 30 exemple, des tensioactifs. io Grâce à cet agencement, il est possible de contrôler certains paramètres physicochimiques du carburant alternatif en état liquide 200 dans un réservoir alternatif 4 et/ou dans la source 12, par exemple, son PH. Il est également possible d'optimiser un degré d'ionisation dans un aérosol produit dans la source 12 pour former le carburant alternatif vaporisé 2 destiné à être transporter par le tuyau d'alimentation 13 d'abord vers l'insert 14, puis, une fois modifié dans la zone de restriction de passage 140, vers la zone d'admission 30 du moteur 3. De préférence, l'insert 14 présente une forme adaptée pour io minimiser une perte de charge fluidique dans le tuyau d'alimentation 14. Grâce à cet agencement, il est possible d'augmenter davantage un rendement du moteur 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prétraitement (1) d'un carburant alternatif vaporisé (2) pour un moteur (3) à combustion interne présentant une zone d'admission (30) et une zone d'échappement (31), le dispositif de prétraitement (1) comportant : - un conduit d'échappement (11) présentant un axe d'allongement (AC) et relié à la zone d'échappement (31) pour transporter des gaz d'échappement (310) en dehors (311) de la zone io d'échappement (31), - une source (12) de carburant alternatif vaporisé (2), - un tuyau d'alimentation (13) du moteur (3) en carburant alternatif vaporisé (2) liant la source (12) de carburant alternatif vaporisé (2) avec la zone d'admission (30) pour assurer un écoulement du 15 carburant alternatif vaporisé (2) de la source (12) vers la zone d'admission (30) initiée par une dépressurisation correspondante, le tuyau d'alimentation (13) comportant au moins une section (130) prolongée axialement et au moins partiellement logée dans le conduit d'échappement (11) pour 20 former, à l'intérieur du conduit d'échappement (11), une zone d'échanges thermiques (111) entre la section (130) et les gaz d'échappement (310), la section (130) comprenant au moins un insert (14) axial formant une zone de restriction de passage (140) de carburant alternatif vaporisé (2) en écoulement, 25 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'excitation (15) des champs électromagnétiques (B), (E) pour agir au moins dans ladite section (130) du tuyau d'alimentation (13) sur le carburant alternatif vaporisé (2). 2. Dispositif de prétraitement selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce que les moyens d'excitation (15) sont logés àl'intérieur du conduit d'échappement (11) dans la zone d'échanges thermiques (111), et en ce que ladite section (130) présente, en regard de moyens d'excitation (15), des parois comportant au moins un fragment perméable (131) aux champs électromagnétiques (B), (E) générés par les moyens d'excitation (15). 3. Dispositif de prétraitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'excitation (15) sont disposés à l'extérieur du conduit d'échappement (11), et en ce que ladite section (130) et le conduit d'échappement (11) présentent respectivement, en regard de moyens d'excitation (15), des parois comportant des fragments perméables (131), (110) aux champs électromagnétiques (B), (E) générés par les moyens d'excitation (15). 4. Dispositif de prétraitement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque fragment perméable (131), (110) aux champs électromagnétiques (B), (E) est céramique sur au moins une partie de sa longueur axiale. 5. Dispositif de prétraitement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque fragment perméable (131), (110) aux champs électromagnétiques (B), (E) présente une forme cylindrique. 6. Dispositif de prétraitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'insert (14) comprend au moins un coeur ferromagnétique (141). 7. Dispositif de prétraitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'insert (14) est enrobé par un matériau non ferromagnétique (142). 8. Dispositif de prétraitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'insert (14) est enrobé par un matériau inoxydable. 9. Dispositif de prétraitement selon l'une quelconque desrevendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'insert (14) est une pièce monobloc en nickel. 10. Dispositif de prétraitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la source (12) de carburant alternatif vaporisé (2) comprend des moyens de distribution (120) des additifs.