Brevet FR2960601A1 — publié le 20111202

MODULE MONTABLE SUR MOTEUR A COMBUSTION. [0001 DOMAINE TECHNIQUE [0002 Un aspect de l'invention concerne un module montable sur un moteur à combustion pour transférer un liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion à un circuit de refroidissement. Le module peut se substituer, par exemple, à un module classique appelé « boîtier de sortie d'eau ». Un autre aspect de l'invention concerne un véhicule muni d'un moteur à combustion sur lequel le module a été monté. [0003] ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0004 Un véhicule muni d'un moteur à combustion comprend généralement un circuit de refroidissement. Une pompe fait circuler un liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement. Le liquide de refroidissement traverse le moteur à combustion qui dégage une chaleur. En se faisant, le liquide de refroidissement absorbe une partie de la chaleur dégagée par le moteur à combustion. Le liquide de refroidissement chauffé par le moteur à combustion traverse un radiateur qui refroidit le liquide de refroidissement en transférant une partie de la chaleur à l'air ambiant. Le liquide de refroidissement ainsi refroidi retourne au moteur à combustion pour un nouveau cycle de refroidissement. [0005] Dans le cas où le moteur à combustion démarre dans un état froid, il convient que le moteur atteigne relativement rapidement une température de fonctionnement souhaitée. Pour ce faire, le circuit de refroidissement comprend typiquement une valve qui, dans un état fermé, empêche le liquide de refroidissement de traverser le radiateur. Cette valve se situe généralement à proximité d'une sortie par laquelle le liquide de refroidissement sort du moteur à combustion. La valve, dans son état fermé, assure que le liquide de refroidissement ne circule principalement que dans le moteur à combustion. Lorsque le moteur a atteint la température de fonctionnement souhaitée, et fonctionne dans un état d'équilibre, la valve est au moins partiellement ouverte. Le liquide de refroidissement circule alors dans l'ensemble du circuit de refroidissement, et traverse ainsi le radiateur. [0006] La demande de brevet français publiée sous le numéro 2 903 143 décrit un circuit de refroidissement, comprenant un boîtier de sortie d'eau destiné à recevoir le liquide de refroidissement réchauffé en provenance du moteur. Le boîtier de sortie d'eau comporte des vannes permettant de couper complètement le débit d'eau interne moteur dans les phases de démarrage. [000n Il existe de nombreux types de moteurs à combustion qui peuvent fonctionner avec des carburants gazeux, comme le Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL) ou du Gaz Naturel pour Véhicule (GNV). Les carburants gazeux sont typiquement stockés sous pression dans un réservoir, dans lequel ils peuvent être sous forme liquide. Dans une application typique, un dispositif de dépressurisation reçoit un carburant pressurisé en provenance d'un réservoir et fourni un carburant gazeux dépressurisé à un moteur à combustion. Dans le cas où le carburant pressurisé est sous forme liquide, une vaporisation s'effectue au sein du dispositif de dépressurisation. De façon générale, le dispositif de dépressurisation assure une baisse de pression de façon à ce que le moteur à combustion reçoit le carburant gazeux dépressurisé sous une pression déterminée et avec un débit déterminé. Le dispositif de dépressurisation est couramment appelé « vapo-détendeur ». [0008] Dans le dispositif de dépressurisation, il y a un risque de formation de glace et d'humidité. En fait, le carburant se refroidit lors de sa détente, suivant la loi de Joule-Thomson. Il en va de même dans le cas d'une vaporisation. Afin d'éviter la formation de glace et d'humidité, il convient de chauffer le dispositif de dépressurisation. Pour cette raison, le dispositif de pressurisation se présente typiquement sous la forme d'un boîtier comportant une double enceinte. La double enceinte est formée d'une chambre de vaporisation et dépressurisation de gaz et d'une chambre thermique dans laquelle circule un liquide chaud. Le liquide chaud est généralement constitué par le liquide de refroidissement prélevé sur le circuit de refroidissement au moyen de conduits de liquide supplémentaires. [0009 Lorsque le moteur à combustion est démarré à froid, le dispositif de dépressurisation sera dans un premier temps insuffisamment chauffé pour empêcher une formation notable de glace et d'humidité. Il y a donc une durée de fonctionnement initial dans laquelle le moteur à combustion fonctionne avec un carburant liquide comme, par exemple, de l'essence. Lorsque le dispositif de dépressurisation est suffisamment chauffé pour éviter la formation notable de glace et d'humidité, il est possible de faire fonctionner le moteur à combustion avec le carburant gazeux. Un basculement de carburant liquide vers carburant gazeux marque la fin de la durée de fonctionnement initial. [0010] EXPOSE DE L'INVENTION [0011] Il existe un besoin pour une solution permettant à un véhicule, ou une autre entité, muni d'un moteur à combustion de fonctionner de façon plus écologique. A cet égard, les points suivants ont été pris en considération. [0012] Un moteur à combustion pollue généralement moins lorsque le moteur à combustion fonctionne avec un carburant gazeux qu'avec un carburant liquide. Par conséquent, plus la durée de fonctionnement initial est courte, moins le moteur à combustion sera polluant. Autrement dit, il convient que le basculement de carburant liquide vers carburant gazeux se produise le plus tôt possible. [0013] Selon un aspect de l'invention, un module montable sur un moteur à combustion qui comprend: une voie de transfert de liquide de refroidissement disposée entre une entrée pour recevoir un liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion et une sortie pour transférer le liquide de refroidissement à un circuit de refroidissement, est caractérisé en ce que le module comprend : une voie de dépressurisation de carburant disposée entre une entrée pour recevoir un carburant pressurisé d'un réservoir et une sortie pour acheminer un carburant dépressurisé vers le moteur à combustion, la voie de dépressurisation de carburant étant au moins partiellement thermiquement reliée à la voie de transfert de liquide de refroidissement. [0014] La voie de dépressurisation de carburant dans ce module se trouve donc à proximité du moteur à combustion. Par conséquent, la voie de dépressurisation de carburant peut relativement rapidement atteindre un état dans lequel le carburant gazeux peut être dépressurisé sans formation notable de glace et d'humidité. La durée de fonctionnement initial peut donc être relativement courte, ce qui contribué à une diminution de pollution. La durée de fonctionnement initial est considérablement réduite par rapport à une solution classique dans laquelle un dispositif de dépressurisation est chauffé par un liquide de refroidissement prélevé sur un circuit de refroidissement au moyen de conduits de liquide. En raccourcissant la durée de fonctionnement initial, un fonctionnement plus écologique est obtenu. [0015] Un autre aspect de l'invention concerne un véhicule muni d'un moteur à combustion sur lequel le module défini dans ce qui précède est monté. Un tel véhicule est déjà prédisposé pour accueillir une chaîne d'alimentation en carburant gazeux. Par conséquent, il est relativement facile d'implémenter une chaîne d'alimentation en carburant gazeux dans un tel véhicule. Par exemple, il n'est pas nécessaire d'intervenir sur une partie du circuit de refroidissement ce qui peut engendrer des risques. En outre, il y a typiquement moins de problèmes d'encombrement et d'augmentation de masse embarquée associés à l'implémentation d'une chaîne d'alimentation en carburant gazeux. Le module défini dans ce qui précède peut également permettre un débit en carburant gazeux plus important par rapport à des solutions classiques. [0016] Un mode de réalisation de l'invention comprend avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques supplémentaires suivantes, lesquelles sont décrites dans les paragraphes suivants. Ces caractéristiques supplémentaires contribuent généralement à un fonctionnement écologique. [0017] De préférence, le module comprend une paroi thermiquement conductrice séparant au moins une partie de la voie de transfert de liquide de refroidissement d'au moins une partie de la voie de dépressurisation de carburant. [0018] De préférence, la voie de transfert de liquide de refroidissement comprend une vanne réglable. [0019] De préférence, la voie de transfert de liquide de refroidissement comprend un thermostat pour régler la vanne réglable. [0020] De préférence, la voie de dépressurisation de carburant est au moins partiellement thermiquement reliée à une section de la voie de transfert de liquide de refroidissement se situant entre la vanne réglable et l'entrée pour recevoir le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion. [0021] De préférence, la voie de dépressurisation de carburant comprend un détendeur. [0022] De préférence, le module comprend un conduit pour appliquer une pression de référence au détendeur. [0023] De préférence, le module est sous forme d'un boîtier muni d'au moins un élément de montage pour monter le boîtier sur un moteur à combustion [0024] De préférence, un détendeur de seconde étape disposé entre le module et le moteur à combustion. [0025] Une description détaillée en référence à des dessins illustre l'invention brièvement exposée précédemment, ainsi que les caractéristiques supplémentaires identifiées précédemment. [0026] DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS La figure 1 est un diagramme schématique illustrant un système comprenant un moteur à combustion sur lequel un module hybride est monté. - La figure 2 est un diagramme schématique illustrant le module hybride. [0027] DESCRIPTION DETAILLEE [0028] La figure 1 illustre schématiquement un système 100 de moteur à combustion. qui sera appelé « système » dans ce qui suit. Le système 100 peut faire partie d'un véhicule comme, par exemple, une automobile. Le système 100 comprend un moteur à combustion 101 et un réservoir 102 pour stocker du carburant gazeux sous pression. Une chaîne d'alimentation en carburant gazeux est disposée entre le réservoir 102 et le moteur à combustion 101. Cette chaîne comprend une valve solénoïde 103 à haute pression, un filtre 104, un module hybride 105 monté sur le moteur à combustion 101, et un doseur-distributeur 106. La chaîne peut comprendre un détendeur de seconde étape 107 illustré en tirets à la figure 1. La chaîne comprend en outre des conduits de gaz pour relier deux entités successives de la chaîne entre eux. Ces conduits sont représentés en noir. [0029] Le système 100 comprend un circuit de refroidissement. Une pompe 108, un radiateur 109, et un aérotherme 110 font partie du circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement comprend le module hybride 105 monté sur le moteur à combustion 101, qui fait également partie de la chaîne d'alimentation en carburant gazeux. Le circuit de refroidissement comprend en outre des conduits de liquide, qui ont un remplissage blanc à la figure 1. Un conduit aller du module hybride 105 vers le radiateur 109, et un conduit retour du radiateur 109 vers le module hybride 105, définissent un sous-circuit pour le radiateur 109. Un conduit aller du module hybride 105 vers l'aérotherme 110 et un conduit retour de l'aérotherme 110 vers le module hybride 105, définissent un sous-circuit pour l'aérotherme 110. Il y a également un conduit de dérivation du module hybride 105 vers la pompe 108. [0030] Le système 100 fonctionne globalement comme suit. Il est supposé que le moteur à combustion 101 a atteint sa température de fonctionnement souhaitée. Dans ce cas, le module hybride 105 reçoit un carburant gazeux pressurisé en provenance du réservoir 102 par l'intermédiaire de la valve solénoïde 103 à haute pression, qui est ouverte, et le filtre 104. Le module hybride 105 fournit un carburant gazeux dépressurisé au doseur-distributeur 106 dans le cas où le détendeur de seconde étape 107 n'est pas présent. Dans le cas contraire, le détendeur de seconde étape 107, qui fait alors partie de la chaîne d'alimentation en carburant gazeux, reçoit le carburant gazeux dépressurisé et assure une dépressurisation complémentaire. Le doseur-distributeur 106 reparti convenablement le carburant gazeux dépressurisé parmi différents cylindres dans le moteur à combustion 101 et selon un dosage commandé. [0031] La pompe 108 fait circuler un liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement. En se faisant, le liquide de refroidissement traverse le moteur à combustion 101 qui dégage une chaleur. Le liquide de refroidissement absorbe une partie de cette chaleur puis arrive en état chaud dans le module hybride 105. Le module hybride 105 fait circuler le liquide de refroidissement dans le sous-circuit pour le radiateur 109 et dans le sous-circuit pour l'aérotherme 110. Le module hybride 105 dirige également le liquide de refroidissement en provenance du radiateur 109, et donc refroidi, vers la pompe 108 qui injecte le liquide de refroidissement refroidi dans le moteur à combustion 101. Le module hybride 105 effectue un transfert régulé du liquide de refroidissement de façon à ce que la température de fonctionnement souhaitée soit maintenue. [0032] II est maintenant supposé que le moteur à combustion 101 est dans un état froid et vient d'être démarré. Dans ce cas, le moteur à combustion 101 fonctionne avec un carburant liquide comme, par exemple, de l'essence. Une chaîne d'alimentation en carburant liquide fait donc partie du système 100, mais n'est pas représentée à la figure 1 par motif de simplicité et clarté. [0033] Dans l'état froid, le module hybride 105 empêche le liquide de refroidissement de circuler dans les sous-circuits pour le radiateur 109 et l'aérotherme 110. Le liquide de refroidissement circule dans un circuit restreint qui ne comprend que le moteur à combustion 101, le module hybride 105, le conduit de dérivation, et la pompe 108. Ce circuit restreint présente relativement peu d'inertie thermique. Ceci permet un réchauffement relativement rapide du moteur à combustion 101 et le module hybride 105. Le module hybride 105 atteint donc en relativement peu de temps un état dans lequel le carburant gazeux peut être dépressurisé sans formation notable de glace et d'humidité. Cet état sera appelé « état de dépressurisation admise » par la suite. [0034] Dans l'état de dépressurisation admise, le système 100 peut effectuer un basculement de carburant afin que le moteur à combustion 101 cesse à fonctionner avec le carburant liquide pour fonctionner avec le carburant gazeux par la suite. Cependant, le module hybride 105 permet le liquide de refroidissement à circuler dans les sous-circuits pour le radiateur 109 et l'aérotherme 110. Ceci selon un degré qui dépend de la température du liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101. [0035] Le module hybride 105 a donc une double fonction. Premièrement, le module hybride 105 assure un transfert du liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101 au circuit de refroidissement. Ce transfert est de préférence régulé, comme décrit dans ce qui précède, afin de permettre au moteur à combustion d'atteindre relativement rapidement la température de fonctionnement souhaitée. Deuxièmement, le module hybride 105 assure une dépressurisation dans la chaîne d'alimentation de carburant gazeux. De préférence, la chaîne d'alimentation de carburant gazeux devient active lorsque la dépressurisation peut s'effectuer sans formation notable de glace et d'humidité. [0036] La dépressurisation du carburant gazeux pressurisé peut s'effectuer en deux étapes comme l'illustre la figure 1. Dans ce cas, le module hybride 105 effectue une première dépressurisation. Le détendeur de seconde étape 107 effectue une seconde pressurisation. La première dépressurisation est moins importante qu'une dépressurisation unique que le module hybride 105 doit effectuer dans le cas où le détendeur de seconde étape 107 ne ferait pas partie du système 100 illustré à la figure 1. Par conséquent, le module hybride 105 nécessite moins de chauffage pour atteindre l'état de dépressurisation admise dans le cas d'une dépressurisation en deux étapes par rapport au cas d'une dépressurisation en une seule étape. [0037] La figure 2 illustre schématiquement le module hybride 105 qui est monté sur le moteur à combustion 101. Le module hybride 105 est sous forme d'un boîtier muni d'éléments de montage 200 pour monter le module hybride 105 sur le moteur à combustion 101 de façon stable et rigide. [0038] Le module hybride 105 comprend plusieurs raccords pour les conduits de liquide du circuit de refroidissement : un raccord 201 pour le conduit de dérivation, un raccord 202 pour le conduit aller et un raccord 203 pour le conduit retour du sous-circuit pour l'aérotherme 110, et un raccord 204 pour le conduit aller et un raccord 205 pour le conduit retour du sous-circuit pour le radiateur 109. Le module hybride 105 comprend également un raccord 206 pour le moteur à combustion 101 par lequel le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101 entre dans le module hybride 105. Le module hybride 105 comprend en outre des raccords pour les conduits de gaz de la chaîne d'alimentation en carburant gazeux : un raccord d'entrée 207 pour recevoir le carburant gazeux pressurisé et un raccord de sortie 208 pour fournir le carburant gazeux dépressurisé. [0039] Une voie de transfert 209 de liquide de refroidissement s'étend entre le raccord 206 pour le moteur à combustion 101 et le raccord 201 pour le conduit de dérivation. D'autres voies de transfert 210 de liquide de refroidissement s'étendent entre, d'une part, le raccord 206 pour le moteur à combustion 101 et, d'autre part, le raccord 202 pour le conduit aller du sous-circuit pour l'aérotherme 110, et le raccord 204 pour le conduit aller du sous-circuit pour le radiateur 109. Une vanne thermostatique 211 est disposée dans ces voies de transfert mentionnées en dernier. La vanne thermostatique 211 est une vanne réglable qui comprend un thermostat pour un réglage en fonction de la température. Ce réglage peut être influencé par un contrôleur externe, par exemple, en introduisant un biais de réglage. [0040] Une voie de dépressurisation 212 de carburant s'étend entre le raccord d'entrée 207 pour un conduit de gaz amenant le carburant de gaz pressurisé et le raccord de sortie 208 pour un conduit de gaz évacuant le carburant de gaz dépressurisé. La voie de dépressurisation 212 de carburant comprend un détendeur 213. Le détendeur 213 comprend typiquement des composants mécaniques comme, par exemple, une membrane et un ressort. Un conduit 214 applique une pression de référence au détendeur 213. La voie de dépressurisation 212 de carburant comprend en outre une soupape de décompression 215. [0041] Le module hybride 105 comprend des parois 216 séparant la voie de transfert 209 de liquide de refroidissement et la voie de dépressurisation 212 de carburant entre eux. Au moins une de ces parois 216 est thermiquement conductrice. De préférence, toutes ces parois 216 sont thermiquement conductrices. [0042] Le module hybride 105 fonctionne globalement comme suit. La vanne thermostatique 211 se trouve dans un état fermé lorsque le liquide de refroidissement a une température inférieure à un seuil de fermeture. Dans ce cas, le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101, qui entre par le raccord 206, est entièrement dirigé vers le raccord 201 pour le conduit de dérivation. La vanne thermostatique 211 empêche un transfert du liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101 vers les raccords 202, 204 pour les conduits aller des sous-circuits pour le radiateur 109 et l'aérotherme 110. [0043] Toutefois, le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101 touche au moins une paroi thermiquement conductrice qui sépare ce liquide de la voie de dépressurisation 212 de carburant. La voie de dépressurisation le carburant est donc chauffé par le moteur à combustion 101 par l'intermédiaire du liquide de refroidissement qui circule dans le circuit restreint mentionné dans ce qui précède. La voie de dépressurisation 212 de carburant peut donc atteindre relativement rapidement l'état de dépressurisation admise. Dans cet état, la chaîne d'alimentation en carburant gazeux devient active et la voie de dépressurisation 212 de carburant reçoit le carburant gazeux pressurisé au raccord d'entrée 207. [0044] Lorsque le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion 101 est suffisamment chaud pour que sa température dépasse le seuil de fermeture, la vanne thermostatique 211 s'ouvre. Le liquide de refroidissement peut ainsi circuler dans le sous-circuit pour le radiateur 109. La vanne thermostatique 211 présente un degré d'ouverture qui varie en fonction de la température du liquide de refroidissement en contact avec la vanne thermostatique 211. Dans un état d'équilibre, la température est sensiblement constante et correspond à la température de fonctionnement souhaitée du moteur à combustion 101. La voie de dépressurisation 212 de carburant se trouve enveloppée par le liquide de refroidissement ayant cette température sensiblement constante et relativement élevée. [0045] Le détendeur 213 dans la voie de dépressurisation 212 de carburant fonctionne comme une boucle d'asservissement de pression. Cette boucle d'asservissement peut être mécanique et inclure la membrane et le ressort mentionnés dans ce qui précède. En tout cas, la boucle réduit une pression d'entrée afin de délivrer une pression de sortie se rapprochant de la pression de référence. [0046] REMARQUES FINALES [0047] La description détaillée en référence aux figures est simplement une illustration de l'invention. L'invention peut être réalisée de nombreuses façons différentes. Afin d'illustrer ceci, quelques alternatives sont indiquées sommairement. [0048] L'invention peut être appliquée avantageusement dans de nombreux types de produits et procédés impliquant un moteur à combustion pouvant fonctionner avec un carburant gazeux. L'invention peut également être appliquée, par exemple, dans un engin fixe tel qu'une pompe ou un générateur d'électricité de secours. [0049] II existe différentes façons pour effectuer une dépressurisation de carburant gazeux. Par exemple, une dépressurisation peut impliquer une boucle d'asservissement qui est au moins partiellement électronique. [0050] Il existe différentes façons pour implémenter un circuit de refroidissement. Par exemple, se référant à la figure 1, le circuit de refroidissement peut comprendre d'autres entités et d'autres conduits de liquide. Il est également possible qu'un circuit de refroidissement ne comprenne pas d'aérotherme. Ainsi, le module hybride peut comprendre un nombre de raccords différent de celui illustré à la figure 2. [0051] De façon globale, le terme « module » doit être interprété de façon large. Ce 10 terme embrasse toute unité physique montable sur un moteur à combustion. [0052] Bien que les dessins montrent différentes entités fonctionnelles sous forme de différents blocs, ceci n'exclut nullement des implémentations où une seule entité physique effectue plusieurs fonctions, ou plusieurs entités physiques effectuent collectivement une seule fonction. A cet égard, les dessins sont très schématiques. 15 [0053] Les remarques qui précèdent montrent que la description détaillée en référence aux figures, illustre l'invention plutôt qu'elle ne la limite. Les signes de références n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes « comprendre » et « comporter » n'excluent pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux listés dans les revendications. Le mot « un » ou « une » précédant un élément 20 ou une étape n'exclu pas la présence d'une pluralité de tels éléments ou de telles étapes. REVENDICATIONS1. Module (105) montable sur un moteur à combustion (101), le module (105) comprenant : une voie de transfert (209) de liquide de refroidissement disposée entre une entrée (206) pour recevoir un liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion (101) et une sortie (201) pour transférer le liquide de refroidissement à un circuit de refroidissement (108), caractérisé en ce que le module (105) comprend : une voie de dépressurisation (212) de carburant disposée entre une entrée (207) pour recevoir un carburant pressurisé d'un réservoir (102) et une sortie (208) pour acheminer un carburant dépressurisé vers le moteur à combustion (101), la voie de dépressurisation (212) de carburant étant au moins partiellement thermiquement reliée à la voie de transfert (209) de liquide de refroidissement. 2. Module (105) selon la revendication 1, le module (105) comprenant une paroi 216 thermiquement conductrice séparant au moins une partie de la voie de transfert (209) de liquide de refroidissement d'au moins une partie de la voie de dépressurisation (212) de carburant. 3. Module (105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la voie de transfert (209) de liquide de refroidissement comprend une vanne réglable (211). 4. Module (105) selon la revendication 3, dans lequel la voie de transfert (209) de liquide de refroidissement comprend un thermostat pour régler la vanne réglable (211). 5. Module (105) selon l'une quelconque des revendications revendication 3 et 4, dans lequel la voie de dépressurisation (212) de carburant est au moins partiellement thermiquement reliée à une section de la voie de transfert (209) de liquide de refroidissement se situant entre la vanne réglable (211) et l'entrée (207) pour recevoir le liquide de refroidissement en provenance du moteur à combustion (101). 6. Module (105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la voie de dépressurisation (212) de carburant comprend un détendeur (213). 12 7. Module (105) selon la revendication 6, dans lequel le module (105) comprend un conduit (214) pour appliquer une pression de référence au détendeur (213). 8. Module (105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le module (105) étant sous forme d'un boîtier muni d'au moins un élément de montage (200) 5 pour monter le boîtier sur un moteur à combustion (101). 9. Véhicule comprenant un moteur à combustion (101) sur lequel un module (105) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 est monté. 10. Véhicule selon la revendication 9 comprenant un détendeur de seconde étape (107) disposé entre le module (105) et le moteur à combustion (101). 10