FR2858364A1 - Dispositif ameliorant le fonctionnement des reacteurs a transformation physico-chimique utilises en amont des systemes de conversion d'energie et en particulier des moteurs thermiques - Google Patents

Dispositif ameliorant le fonctionnement des reacteurs a transformation physico-chimique utilises en amont des systemes de conversion d'energie et en particulier des moteurs thermiques Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif commandé par une unité de contrôle électronique (11) appelée UCE.Ce dispositif est constitué d'un brûleur à carburant (8) spécifique qui a pour rôle d'élever et maintenir la température du réacteur (7) à une valeur prédéterminée.Ce dispositif est également constitué d'un double évaporateur (16/17) alimenté en fluide d'apport pouvant être combustible et à niveau, pression et température stables pour produire un gaz alimentant le réacteur (7) ; celui-ci fonctionnant à dépression relative régulée grâce à un volet (10) et une vanne pneumatique (21) montés sur le circuit d'admission (E) du moteur thermique (24) ou autre système de conversion d'énergie.

Description

La présente invention concerne un dispositif permettant
l'amélioration du fonctionnement des réacteurs à transformation physicochimique pour un système de conversion d'énergie ou un moteur thermique.
L'augmentation inévitable de la consommation énergétique mondiale et l'épuisement des ressources pétrolières ainsi que l'inévitable pollution issue de la combustion des carburants fossiles posent aujourd'hui de graves problèmes environnementaux mais aussi socio-économiques.
Il est donc urgent d'optimiser l'utilisation des énergies fossiles utilisées essentiellement sous la forme de pétrole, ceci en améliorant le rendement des systèmes de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique comme les moteurs thermiques.
Les solutions développées et commercialisées actuellement et depuis une vingtaine d'années ne nous semblent pas suffisamment efficaces car elles paraissent plus orientées vers une notion de rentabilité économique que d'efficacité technique.
Ainsi, pour diminuer la consommation des moteurs thermiques, l'injection directe d'essence a été adoptée. Il est regrettable que les résultats ne soient pas vraiment à la hauteur des attentes et espérances, que ce soit au niveau de la baisse de consommation en carburant ou de la réduction de 25 pollution de l'atmosphère.
En effet, les moteurs à essence utilisant les systèmes modernes d'injection directe à commande électronique sont alimentés en mélange pauvre de l'ordre de 1 gramme d'essence injecté pour 40 grammes d'air admis par le moteur à chaque 30 cycle. Ils ne peuvent fonctionner par ce mode de mélange appelée stratifié, qu'à régime et charge stabilisés soit pour un moteur d'automobile par exemple, un tiers du temps de fonctionnement de ce moteur.
Pendant les deux autres tiers de ce temps de fonctionnement, le moteur est alimenté d'une façon classique en mélange homogène, c'est à dire par l'injection d'environ 1 gramme d'essence pour 15 grammes d'air admis à chaque cycle 5 et de ce fait, aucune réduction de pollution et consommation n'est constatée pendant cette phase.
Le gain apporté par ce type d'injection d'essence directe, par rapport à une injection classique indirecte, s'avère donc relativement faible.
En ce qui concerne les moteurs diesels, là encore l'injection directe sous haute pression est utilisée mais ne permet pas une réduction significative des particules émises par ces moteurs. De plus, l'injection directe du gasoil sous haute pression et les problèmes de pulvérisation du carburant 15 qu'elle induit, imposent des contraintes mécaniques sévères aux organes des moteurs qui doivent être construits en conséquence. De ce fait, le coût de production de ces moteurs est élevé.
L'alimentation des moteurs thermiques au gaz de pétrole 20 liquéfié appelé GPL, réalisée encore aujourd'hui en phase gazeuse, tend à augmenter la consommation en carburant des moteurs, ne réduit que très peu les rejets de polluants et impose, elle aussi, des contraintes sévères aux moteurs.
Pour diminuer la pollution, les concepteurs de moteurs 25 thermiques se tournent tous vers les pots d'échappement à réactions chimiques catalytiques dépolluant les gaz d'échappement. En plus d'avoir un coût économique et environnemental important, ces pots convertisseurs catalytiques tendent à augmenter la consommation en carburant.
Or, il semble bien plus intéressant et efficace de ne pas créer la pollution plutôt que de la réduire une fois produite.
Les travaux sur l'injection d'eau, sur les moteurs thermiques à combustion interne en parallèle du carburant 35 classique, ont démontré depuis de très nombreuses années que l'adjonction d'eau favorise la combustion et diminue les rejets polluants (FR2455185, W003031794). Il est aussi apparu une amélioration et un lissage du couple moteur, rendant la conduite plus agréable ou l'utilisation du moteur plus 5 souple. Une baisse des oxydes d'azote est aussi constatée grâce à l'apport d'eau dans la chambre de combustion.
Malgré tout, aucune invention portant sur l'injection d'eau jusqu'à aujourd'hui ne peut être, à notre connaissance, considérée comme fiable et suffisamment efficace. Ceci est 10 essentiellement dû aux difficultés rencontrées par ce procédé à s'adapter aux variations climatiques ainsi qu'aux variations des conditions d'utilisation des moteurs.
Une autre solution consiste en un prétraitement des gaz d'admission, c'est à dire une transformation physico-chimique 15 dans un réacteur de type reformeur par exemple, qui va effectuer un cassage thermique ou catalytique, opération communément appelée cracking des molécules constituant les gaz d'admission afin de favoriser leur combustion. Ces reformeurs, que nous désignerons par la suite par le terme généri20 que réacteurs , nécessitent généralement de hautes et stables températures afin de permettre leur fonctionnement efficace.
De très nombreux réacteurs de prétraitement de carburant pour moteurs thermiques existent et ont fait l'objet de 25 plusieurs dizaines de brevets d'invention (FR2302420, W09614501, US4735186, US5379728). Ces réacteurs nécessitent généralement une température de fonctionnement élevée. Cette température est toujours fournie pas la chaleur perdue des gaz d'échappement du moteur thermique.
Or, il s'est avéré que le chauffage de ces réacteurs, réalisé par la chaleur des gaz d'échappement du moteur thermique, peut être problématique dans certains cas.
En effet, de nombreux travaux sont actuellement en cours sur la conception et les essais de tels réacteurs mais 35 il a été constaté une température des gaz d'échappement des - 4 moteurs thermiques extrêmement variable et souvent insuffisante, suivant les conditions d'utilisation du moteur thermique et notamment sur les moteurs turbo diesel à injection directe haute pression récents, revendiquant un haut rendement donc une faible température de gaz d'échappement.
Il en résulte un fonctionnement assez médiocre de ces réacteurs et aucun contrôle réel des températures n'est possible avec une telle configuration utilisant les gaz d'échappement à température variable et insuffisante.
De plus sur les moteurs thermiques, la dépression à l'admission donc la dépression régnant dans ces réacteurs, s'avère également particulièrement variable et ne favorise pas l'emploi de tels réacteurs.
Le premier but de l'invention est donc de permettre un 15 fonctionnement efficace, régulier et fiable de ces réacteurs.
Le deuxième but étant de rendre l'installation de ces réacteurs et les modifications de montage plus aisées à effectuer que dans le cas de l'utilisation de la chaleur des gaz d'échappement et ceci quelle que soit la nature de ces 20 réacteurs, à condition qu'ils soient montés en amont d'un moteur thermique.
Il est bon de préciser que notre invention est décrite et appliquée pour un moteur thermique diesel turbocompressé à injection indirecte, équipé d'un réacteur transformant de 25 l'eau pure en gaz énergétique, mais qu'elle peut être utilisée sur tout autre moteur à carburateur ou à injection directe ou indirecte, essence ou diesel, équipé de n'importe quel type de réacteur fonctionnant à haute température et à pression stable, ainsi que sur tout système convertisseur 30 d'énergie brûlant des hydrocarbures ou tout autre carburant d'autre origine et étant équipé d'un réacteur chauffé, fonctionnant à pression stabilisée.
La particularité et l'avantage d'un moteur diesel alimenté avec un gaz d'apport, contrairement à un moteur à es35 sence ou gaz, est qu'il va auto réguler sa consommation de - 5 carburant. Ainsi, l'apport d'un gaz énergétique en mélange de l'air d'admission va tendre à diminuer les débits injectés par la pompe à injection du moteur.
Cet apport de gaz énergétique permet donc la diminution 5 de la consommation en carburant mais également des rejets polluants, ceci pour un même couple ou une même puissance mécanique fournie.
La présente invention peut être également utilisée sur tout procédé à réaction physico-chimique ou catalyseur néces10 sitant des hautes températures constantes et pouvant être embarqué ou non sur un véhicule automobile.
La présente demande de brevet ne porte donc pas sur un réacteur quel qu'il soit à proprement parler, mais sur les différents éléments auxiliaires permettant son bon fonction15 nement afin d'obtenir une efficacité optimale de ce réacteur.
Les solutions proposées par la présente demande de brevet pour atteindre ces buts sont présentées ci-dessous.
Un premier but de l'invention visera à ne pas utiliser la chaleur des gaz d'échappement du moteur thermique pour 20 chauffer le réacteur mais une autre source de chaleur sera produite et utilisée permettant une stabilité, une régulation et une valeur de température élevée, ce que ne permettait aucunement l'utilisation d'une source de chaleur perdue sur un moteur thermique. Cette disposition est largement décrite 25 plus loin.
Un autre avantage de l'invention par rapport aux systèmes ou réacteurs utilisant les gaz d'échappement comme source de chaleur est le fait qu'il n'est pas nécessaire, pour monter le réacteur, de modifier la ligne d'échappement du véhi30 cule ou du moteur, ce qui est souvent difficile avec de lourdes conséquences sur le fonctionnement du moteur. Une modification de la ligne d'échappement, même minime, modifie les performances du moteur, ce qui n'est évidemment pas souhaité.
Pour conserver des performances égales, un nouveau calcul du - 6 système d'échappement est nécessaire. Ce calcul et cette modification de la ligne d'échappement, propre à chaque moteur, sont coûteux et deviennent inutiles avec la présente invention.
Ainsi, le dispositif revendiqué peut être adapté à tous les systèmes et réacteurs de prétraitement des gaz d'admission nécessitant de hautes températures, par exemple, pour effectuer une ionisation ou un préchauffage en dépression du mélange carburé favorisant sa gazéification et donc 10 améliorant la combustion dans le moteur thermique.
Un deuxième but de la présente invention visera à obtenir une pression absolue constante dans ledit réacteur. En effet, tout comme la température d'échappement, la pression à l'aspiration d'un moteur thermique est fortement variable 15 suivant la plage et les conditions d'utilisation de ce moteur.
Ces réacteurs sont reliés à l'aspiration ou à la prise d'air du moteur thermique. Ils utilisent donc la dépression ou une partie de celle-ci, créée par le flux d'aspiration de 20 ce moteur.
Ces réacteurs alimentent le moteur thermique avec une partie ou la totalité des gaz d'admission.
Dans le cas, propre à l'invention, où seule une partie des gaz d'admission passe dans le réacteur, il est important 25 de maintenir une dépression constante dans celui-ci.
En effet, dans notre configuration, le réacteur vient se monter en parallèle du conduit d'admission d'origine du moteur thermique, en addition d'un fluide énergétique.
Ainsi, il est nécessaire d'adapter un système de sta30 bilisation de la dépression dans le réacteur quels que soient la charge et le régime du moteur thermique.
Cette disposition est réalisée par la présente invention et elle est largement décrite plus loin.
Un troisième but de la présente invention est de favo35 riser l'alimentation idéale du réacteur, le plus souvent en - 7 phase gazeuse et grâce à l'utilisation d'une combinaison de moyens décrits plus loin. Pour la réalisation de cette fonction, un système de gestion de niveaux et de température de fluide d'alimentation est utilisé.
Un quatrième but de la présente invention visera à obtenir simultanément la synchronisation et la gestion de toutes les fonctions réalisées par cette invention.
Notre expérimentation et donc la description ci après porte essentiellement sur l'amélioration du fonctionnement 10 d'un réacteur pour injection d'eau qui nous a fait constaté, sur un moteur turbocompressé diesel monté sur véhicule automobile à charge et vitesse variables et utilisé comme prototype, les résultats suivants: - Gain de puissance/couple de 5%.
- Baisse de consommation d'au moins 20%.
- Baisse des particules de 40%.
Bien qu'il soit possible de monter l'invention sur d'autres systèmes à conversion d'énergie comme les chaudières ou les turbines à gaz, nous utiliserons pour la suite la 20 terminologie de moteur , en remplacement de moteur thermique , pour désigner le système de conversion d'énergie sur lequel ont été effectuées, le montage, les essais et les mesures.
Les planches numérotées de 1 à 7, montrent les dessins 25 illustrant l'invention: - La planche 1/7 représente la figure 1.
- La planche 2/7 représente la figure 2.
- La planche 3/7 représente la figure 2b.
- La planche 4/7 représente la figure 3.
- La planche 5/7 représente les figures 4a et 4b.
- La planche 6/7 représente les figures 5a et 5b.
- La planche 7/7 représente les figures 5c et 5d.
Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le schéma de principe du sys35 tème.
La figure 2 représente le dispositif d'alimentation en fluide d'apport.
La figure 2b représente la courbe de montée en température de l'évaporateur.
La figure 3 représente le dispositif de chauffage du réacteur.
Les figures 4a et 4b représentent le dispositif de régulation de la dépression dans le conduit d'admission du moteur et donc du réacteur.
Les figures (Sa), (5b), (5c), (5d) représentent l'Unité de Contrôle Electronique (UCE) régulant le dispositif complet ainsi que les courbes ou diagrammes illustrant son fonctionnement.
La figure 1 représente le schéma de principe du sys15 tème, combinaison des différents éléments principaux de l'invention: - Un réservoir auxiliaire (15) contenant le fluide ajouté en apport.
- Un système d'alimentation du réacteur (16/17): c'est 20 un double évaporateur du fluide d'apport.
- Un brûleur (8) maintenant le réacteur (7) à température idéale.
- Un venturi (6) permettant d'évacuer les gaz de combustion du brûleur (8) .
- Une Unité de Contrôle Electronique (11) appelée UCE régulant, via des capteurs et grâce à des actionneurs, le fonctionnement cohérent du dispositif.
- Un système à dépression relative quasi-constante constitué d'un volet (10) et d'une vanne pneumatique auto ré30 gulée (21).
Les autres éléments représentés et numérotés sur la figure 1 sont des éléments montés d'origine sur le véhicule.
Avant toute chose, il est bon de rappeler le fonctionnement des réacteurs positionnés en amont des moteurs ou au35 tres systèmes de conversion d'énergie.
Le réacteur (7), quelle que soit sa nature, doit être chauffé à très haute température et doit être alimenté par un réactif carburant ou comburant.
Ce réactif, après son passage dans le réacteur (7) sur5 chauffé, devient un produit qui va favoriser ou améliorer la combustion dans un moteur utilisant une combustion chimique.
Il est donc nécessaire d'alimenter efficacement ce réacteur (7) avec le réactif d'une manière stable, fiable et peu coûteuse en énergie.
Le stockage et l'approvisionnement en composés gazeux pour véhicules restent encore trop problématiques. La solution consiste donc à évaporer un liquide, beaucoup plus facilement stockable.
L'utilisation d'un injecteur paraît être une bonne so15 lution mais ne peut pas être employée avec tous les réactifs, ceci pour des raisons de corrosion et de résistance des injecteurs.
La complexité et le coût d'un tel système d'injection nous ont amené à nous tourner vers un dispositif 20 d'évaporateur de fluide d'apport (17) préchauffé et fonctionnant en dépression, s'adaptant plus facilement sur tout moteur thermique ou tout type de système de conversion d'énergie.
Sur notre moteur prototype (24), la dépression est 25 créée par l'aspiration de celui ci. La sortie de l'évaporateur (17) étant reliée à la tubulure (E) ou collecteur d'admission, la quantité de fluide évaporée résulte donc de la dépression et du débit d'air passant dans l'évaporateur.
Pour tout fluide en écoulement, ces deux grandeurs sont liées entre elles par la loi de Bernoulli et dépendent du régime moteur comme le montre la figure 4b donnant la dépression au collecteur d'admission par rapport au régime moteur.
Ainsi, avec un moyen de régulation décrit plus loin et 35 adapté sur notre moteur prototype (24), la pression absolue - 10 mesurée au collecteur d'admission varie entre 780 mBar au ralenti et 950 mBar en pleine charge.
La quantité de gaz aspirée dépend donc indirectement du régime moteur mais aussi et évidemment de la nature du fluide à évaporer.
La description qui suit se rapporte à la figure 2 qui représente le système d'alimentation en fluide d'apport, le système réchauffeur de vapeur et le système de purge des condensats: - Un réservoir auxiliaire (15) contenant le fluide ajouté en apport.
- Un système d'alimentation du réacteur (16/17) qui est un double évaporateur du fluide réchauffé thermiquement et électriquement par des résistances électriques (40). 15 - Un réchauffeur de vapeur (19).
- Un double échangeur air/eau/air (23).
- Une pompe à fluide électrique (12).
- Une électrovanne de vapeur (18).
- Un réservoir/électrovanne (20).
- Les différents capteurs et contacteurs nécessaires au fonctionnement de l'ensemble.
- Un serpentin (39) faisant office d'échangeur eau/eau.
- Une prise d'air chaud (2).
La conception de l'évaporateur (17), notamment au niveau de la gestion du préchauffage et des matériaux, dépend de la nature du fluide à évaporer.
Cet évaporateur (17) est constitué d'un simple réservoir dans lequel le fluide est amené via un évaporateur se30 condaire (16). Un tube creux plongeur (J) apporte de l'air sous le niveau du fluide, créant ainsi des remous nécessaires à l'évaporation de ce fluide qui est acheminé au réacteur par la conduite (I).
Il s'agit plus d'un brumisateur, créant un brouillard 35 d'air saturé de fines particules du fluide et aspiré par le - 11 moteur, que d'un réel évaporateur au sens thermique du terme.
Nous garderons néanmoins la dénomination générale d'évaporateur.
L'évaporateur est donc constitué de deux réservoirs: un évaporateur principal (17) et un évaporateur secondaire (16) reliés par un canal (U) suivant le principe des vases communicants.
Les surfaces du fluide n'étant pas à la pression atmosphérique, la pipe (T) permet de mettre les évaporateurs à la 10 même dépression relative, sans quoi les niveaux de liquides seraient différents et le remplissage automatique imprécis voire impossible.
Les différents contacteurs de niveau de fluide (45), (36), (46), (50) ainsi que la pompe à fluide (12), les résis15 tances électriques (40), l'électrovanne (18), sont commandés par ou commandent l'UCE (11) suivant la représentation de la
figure 5d dont la description est faite plus loin.
L'élément (36) est un contacteur de niveaux à deux positions haute et basse.
Ce contacteur de niveaux (36) commande la pompe à fluide électrique (12) qui alimente en fluide, par le conduit (S), l'évaporateur secondaire (16) donc l'évaporateur (17).
Le liquide étant stocké dans un réservoir auxiliaire (15) dont la capacité est calculée par rapport à la conte25 nance du réservoir de carburant d'origine du moteur afin que la fréquence de remplissage du carburant classique et celle de ce fluide soient sensiblement identiques.
Ainsi, si la consommation du fluide d'apport est par exemple, 3 fois inférieure à la consommation du carburant 30 d'origine, le réservoir (15) aura environ une capacité 3 fois inférieure à la capacité du réservoir de carburant d'origine du moteur.
Un autre contacteur de niveau (50) détecte le niveau bas dans le réservoir auxiliaire (15) et informe 35 l'utilisateur de la nécessité d'alimenter ce réservoir. De - 12 plus ce contacteur de niveau (50) coupe l'alimentation électrique de la pompe à fluide électrique (12) pour éviter son désamorçage et le pompage dans le vide qui aboutirait à son échauffement et à sa destruction.
Dans le cas de l'utilisation d'un fluide non homogène, une crépine ou un filtre (51) pourrait être monté dans le réservoir auxiliaire (15) en amont de la pompe à fluide électrique (12).
La différence de hauteur dans l'évaporateur secondaire 10 (16), entre les 2 positions basse et haute du contacteur de niveaux (36), est assez faible pour que le fonctionnement et le principe d'évaporation dans l'évaporateur principal (17) ne soient pas perturbés. Ainsi une hauteur de 90 mm est maximale dans le cas ou le fluide serait de l'eau.
Une plaque (52) dite anti-remous, permet une stabilité du fonctionnement du contacteur de niveaux (36) lors du remplissage de l'évaporateur secondaire (16).
Des contacteurs de niveaux (45) et (46), respectivement de sécurité haute et basse, sont montés afin d'assurer et 20 doubler la sécurité effectuée par le contacteur de niveaux (36).
Le contacteur de niveau (45), de sécurité de niveau bas, permet de couper l'alimentation des résistances électriques (40) qui sont des thermoplongeurs de réchauffage, ceci 25 en cas de niveau trop bas pour éviter leur destruction.
Dans ce cas ou une fuite, sur le circuit d'alimentation en fluide des évaporateurs (16) et (17) et/ou sur eux-mêmes, est possible, le contacteur de niveau (45) coupe également l'alimentation électrique de la pompe à fluide (12) pour évi30 ter le vidage du réservoir auxiliaire (15).
Dans cette condition, le contacteur de niveau (45) commande la fermeture de l'électrovanne de vapeur (18).
Le contacteur de niveau (46), de sécurité de niveau haut, évite un remplissage trop important de l'évaporateur 35 (17) en cas de dysfonctionnement du contacteur de - 13 niveaux (36).
Dans ce cas, l'aspiration des vapeurs par le réacteur (7) sera impossible, l'électrovanne (18) étant fermée.
Le maintien ouvert de l'électrovanne (18) dans cette 5 condition pourrait amener à l'aspiration du fluide liquide par le moteur (24) et à une destruction de ce dernier par serrage hydraulique à proscrire évidement.
Suivant le fluide utilisé, les matériaux des conduits (U), (T), (S), (J), (I) ainsi que du serpentin (39) et des 10 évaporateurs (16) et (17), sont adaptés au fluide à vaporiser. Dans le cas ou ce fluide serait à base d'eau ou de l'eau pure, ce qui est le cas pour notre prototype, il s'agit d'un matériau inoxydable.
De même pour la pompe à fluide (12) et le réservoir 15 auxiliaire (15) dont les matériaux sont adaptés au fluide transporté.
La description qui suit se rapporte à la figure 2 et également à la figure 2b représentant la courbe de montée en température dans le temps du fluide de l'évaporateur (17), 20 ceci grâce au serpentin (39)et aux résistances (40).
En fonction de la nature du fluide d'apport, un réchauffage éventuel de l'évaporateur (17) est à prévoir. En effet, il est estimé que 60% de l'usure d'un moteur est issue des premières minutes de fonctionnement, juste après le dé25 marrage, tant que le moteur n'a pas atteint sa température de fonctionnement optimale.
Une forte pollution est aussi issue de cette phase de démarrage, pollution due entre autre aux pots catalytiques inefficaces à froid, c'est à dire durant environ les 10 pre30 mières minutes du fonctionnement.
Il est donc judicieux d'utiliser la source de chaleur produite par le moteur (24) et évacuée par le système de refroidissement du moteur pour réchauffer le fluide dans l'évaporateur (17).
L'ajout du fluide d'apport vaporisé dans l'évaporateur - 14 (17) puis traité dans le réacteur (7) permettant de fortement diminuer la pollution, il est logiquement nécessaire que la montée en température de l'évaporateur (17) soit la plus rapide possible.
Il faut donc atteindre la température d'autorisation d'ouverture de l'électrovanne (18) dans un délai très court permettant ainsi l'injection de la vapeur dans le réacteur (7).
Utiliser simplement les calories perdues du moteur 10 n'est évidemment pas suffisant lorsque le moteur est froid.
Une solution double, à la fois électrique et thermique dans un premier temps puis seulement thermique, a donc été étudiée et celle-ci est employée.
Cette solution consiste en le montage d'éléments résis15 tifs type résistances électriques chauffantes (40) plongées dans le liquide contenu dans l'évaporateur (17) et utilisées durant les premières minutes du fonctionnement.
Ces résistances chauffantes (40) sont utilisées en parallèle d'une dérivation effectuée sur le circuit de refroi20 dissement moteur, dérivation alimentant un échangeur liquide/liquide (39) qui vient réchauffer directement le fluide contenu dans l'évaporateur (17).
Apres les premières minutes de montée en température du contenu de l'évaporateur (17), c'est seulement l'échangeur 25 liquide/liquide (39), alimenté en liquide de refroidissement moteur par les canalisations (L) et (K), qui poursuit le chauffage du liquide de l'évaporateur (17).
Il convient de préciser que la température maximale dans l'évaporateur (17) ne pourra évidemment pas excéder la 30 température du moteur thermique, c'est à dire environ 95 C.
D'après nos essais, cette température s'avère idéale pour l'efficacité maximum de notre système utilisant de l'eau comme fluide d'apport.
Les résistances électriques (40) et leur durée de fonc35 tionnement ont été dimensionnées afin que le gain en - 15 consommation apporté par la présente invention soit supérieur à leur consommation électrique et donc à la surconsommation de carburant induite par leur fonctionnement. Sur notre prototype, ces résistances (40) sont au nombre de 4 d'une puis5 sance unitaire de 200 watts.
Ainsi, dans le cas de l'eau comme fluide d'apport, une puissance d'environ 800 watts est nécessaire et suffisante pour préchauffer l'eau à 60 C en 6 minutes.
Il convient de préciser que cet évaporateur (17) a un 10 volume total de 5 Litres pour une capacité de liquide de 1.5 Litres d'eau.
Cette consommation électrique engendre une surconsommation mécanique de l'ordre de deux chevaux soit 1500 watts mécaniques. Ces 1500 watts mécaniques entraînent une surconsom15 nation de 5000 watts carburant environ soit 0.14 ml de carburant par seconde soit enfin 500 mL de carburant par heure.
Lors de la phase de préchauffage, durant 6 minutes, la surconsommation est de 50 ml de carburant et doit évidemment être inférieure au gain obtenu par le système à résistances 20 électriques (40).
Or, il a été constaté que sans ces résistances électriques (40), avec le seul réchauffage thermique par le serpentin (39), il fallait environ 15 minutes pour que le fluide de l'évaporateur (17) atteigne 60 C et que l'alimentation du ré25 acteur (7) soit ainsi autorisée par l'électrovanne (18).
Le gain en durée de fonctionnement du système grâce aux résistances électriques (40) est donc d'environ 9 minutes.
Sur notre prototype le gain en consommation, lorsque le réacteur (7) est en fonctionnement, s'établit environ et en 30 moyenne à 2 Litres par heure de carburant soit 0.3 Litre pour 9 minutes de fonctionnement.
Le gain apporté par le système de résistances électriques (40) est donc positif et de 0.3 - 0.05 = 0.25 Litre et ceci pour chaque phase dedémarrage.
Les différents capteurs de température représentés sur - 16 la figure 2 sont alimentés par l'UCE (11) et/ou commandent celle-ci suivant la représentation de la figure 5d.
Le capteur de température (35) commande l'ouverture de l'électrovanne (18) située en sortie de l'évaporateur (17) 5 lorsque la température de fluide atteint 60 C dans le cas ou ce fluide est de l'eau pure.
Si tel n'est pas le cas, la température devant être atteinte pour l'alimentation et donc l'ouverture de l'électrovanne (18) dépendra du fluide à évaporer et sera 10 consignée par le capteur de température (35).
Il est bon de signaler que le fonctionnement décrit ci dessus n'est valable que dans le cas ou la température minimale dans le réacteur (7) est suffisante, dans le cas contraire, l'électrovanne (18) reste fermée.
Cette fonction est largement expliquée dans le fonctionnement de l'UCE (11).
Si les conditions données plus haut sont réunies, le fluide gazéifié est alors aspiré par la conduite (I).
La description qui suit se rapporte à la figure 2.
Suivant la nature du fluide, un réchauffeur éventuel doit éviter et réduire la recondensation du fluide sur les parois plus froides de la conduite (I) entre l'évaporateur (17) et le réacteur (7).
Un chauffage continu de la conduite (I) est impossible 25 car trop coûteux en énergie, un réchauffeur de vapeurs (19) intermittent a donc été mis en place.
Il est constitué de résistances électriques (47) entrant en contact avec le brouillard de vapeur et commandés par le capteur de température (44).
La condensation étant néanmoins inévitable, un récupérateur de condensats appelé réservoir/électrovanne (20) est monté, il est constitué d'un petit réservoir inclus dans une électrovanne de purge automatique.
La fréquence de la purge est définie par rapport à la 35 consommation de fluide et la capacité du - 17 réservoir/électrovanne (20).
Ainsi, une purge de 15 secondes est prévue à chaque redémarrage moteur, sous action du contacteur de démarrage moteur donc lorsque le système de transformation à réacteur 5 est inactif et que la température interne de la conduite (I) est inférieure à 90 C L'UCE (11) décrite plus loin est chargée de commander cette fonction.
Suivant la nature du fluide vaporisé, un réchauffeur 10 (23) assure son préchauffage ainsi que celui du fluide d'apport avant son arrivée dans l'évaporateur secondaire (16). Ce réchauffeur (23) est un double échangeur Air/Liquide/Liquide dans lequel la source chaude est constituée par le liquide de refroidissement moteur dévié et 15 conduit au réchauffeur (23) par les canalisations (L) et (K).
Le liquide de refroidissement chaud passe à l'intérieur de la partie centrale du réchauffeur (23).
Un premier préchauffage de l'air d'évaporation est effectué au niveau de la prise d'air (2) de la canalisation 20 d'air de bullage (J).
Cette prise d'air (2) est positionnée à proximité du collecteur d'échappement du moteur et profite de la température élevée à cet endroit là.
Dans une chambre, accolée mais isolée de la partie cen25 trale du réchauffeur (23), passe l'air d'évaporation issu de la prise d'air (2).
Cet air sera ainsi chauffé par le réchauffeur (23).
Un serpentin, non représenté sur les figures, est monté sur l'extérieur du corps du réchauffeur (23).
Dans ce serpentin, passe le fluide conduit par la canalisation (S) et destiné à l'évaporateur secondaire (16).
Ce fluide est donc préchauffé par le réchauffeur (23).
En fonctionnement nominal en sortie du réchauffeur (23), la température du fluide destiné à 35 l'évaporateur secondaire (16) est de 50 C et l'air chauffé - 18 sort à 50 C environ.
Le réchauffeur (23) est monté entre la pompe à fluide (12) et l'évaporateur secondaire (16) et sur le conduit (J) entre la prise d'air (2) et l'évaporateur secondaire (16).
Le mélange gazeux non condensé et homogène arrive alors dans le réacteur (7).
Toute la gestion du système d'évaporation constitué : des évaporateurs (16) et (17) et de leur capteurs, contacteurs et électrovannes (18), (35), (36), (44), (45), (46), 10 des résistances électriques (40), (47), réservoir/électrovanne (20), de la pompe électrique d'alimentation en fluide (12), du réservoir auxiliaire (15) et de son contacteur de niveau (50), sera détaillée lors de la description de l'UCE (11) après la description complète des diffé15 rents éléments du dispositif.
Il est bon de rappeler que le fonctionnement et donc l'efficacité optimale du réacteur (7) ne peut être obtenu qu'avec de très hautes températures.
La description qui suit se rapporte à la figure 3 qui 20 représente le système complet de chauffage du réacteur (7).
Cette figure montre les différents éléments principaux du système de chauffage du réacteur (7) : - Le réacteur (7).
- Le venturi (6).
- Le réservoir tampon (22).
- La pompe à air électrique (9).
- Le brûleur (8) détaillé.
- La vanne (14) et l'électrovanne d'alimentation en carburant (25).
- Les différentes canalisations raccordant les éléments entre eux.
Les autres éléments représentés sont les éléments d'origine du moteur.
La description qui suit se rapporte également à la - 19
figure 5c qui représente les cycles de fonctionnement et d'arrêt du brûleur (8) suivant la température mesurée dans celui ci.
Le détail des commandes électrique pour réaliser ces cycles sera donné dans la description de L'UCE (11).
Le fonctionnement chronologique du brûleur (8) : phase de préchauffage, mise en route, arrêt, sera détaillé lors de
la description de l'UCE (11).
La solution qui consiste à chauffer le réacteur (7) par 10 la chaleur des gaz d'échappement est abandonnée sur notre montage et elle est remplacée par l'utilisation d'un brûleur à carburant (8) qui permet d'atteindre de hautes températures nécessaires au réacteur (7), en tout cas au moins égales à 500 C L'utilisation du brûleur (8), en plus de fiabiliser le fonctionnement du réacteur (7), permet un montage très rapide et donc peu coûteux sur le moteur à modifier.
Le brûleur (8) peut être positionné à n'importe quel endroit sur le moteur à condition de respecter les règles de 20 sécurité évidentes dans le cas d'un système produisant de hautes températures.
Le brûleur (8) peut être dénommé comme suit: Brûleur sans pompe à injection et pouvant fonctionner sans pompe à air.
C'est un brûleur utilisant principalement mais pas obligatoirement le même combustible ou carburant que le système énergétique ou moteur sur lequel est monté le présent brûleur (8).
En effet, il est possible d'adapter le brûleur (8) sur 30 des systèmes à combustibles solides comme des chaudières à bois. Dans ce cas de figure, un réservoir auxiliaire comportant le carburant liquide devra être utilisé afin d'alimenter le brûleur (8) chauffant le réacteur (7).
Dans le cas ou un gaz inflammable sortirait du réacteur 35 (7), il sera possible, à température de fonctionnement du - 20 réacteur (7) atteinte, d'alimenter le brûleur (8) par ce gaz en fermant l'électrovanne (25) et en ouvrant une seconde électrovanne ou simplement en utilisant une électrovanne à 3 voies.
Cette commutation demande une étude et des essais supplémentaires et pourra faire l'objet d'un brevet ultérieur portant sur un brûleur gaz/liquide mixte. Elle n'est actuellement pas réalisée, ni représenté sur les figures.
Le carburant de brûleur (8) employé sur notre prototype 10 est le gasoil qu'utilise également le moteur mais pourrait être n'importe quel carburant ou gaz combustible usuel dans la mesure où ce brûleur (8) est construit et réglé en conséquence.
Le brûleur (8) est donc un brûleur à combustible li15 quide caractérisé par le fait qu'il n'utilise pas de pompe à injection liquide mais fonctionne par gravité grâce à un réservoir tampon (22) situé en hauteur par rapport au brûleur (8).
Ce réservoir tampon (22) est un réservoir à trop plein 20 ajusté à la hauteur désirée utilisant le retour de gasoil issu de la pompe à injection et le retour de gasoil issu des injecteurs du moteur diesel.
Dans le cas d'un montage sur turbine ou moteur essence, une dérivation de la pompe d'alimentation en carburant, géné25 ralement surdimensionnée, devra être effectuée.
Dans le cas ou cela serait impossible, une pompe à carburant auxiliaire alimentant le réservoir tampon (22) devra être installée.
Le réservoir tampon de carburant (22) est relié au brû30 leur (8) par l'intermédiaire d'une durite (F).
Sur cette durite (F), sont également montées une électrovanne (25) d'alimentation du brûleur (8) et une micro vanne (14) de réglage du débit de gasoil.
La hauteur créant la pression nécessaire au fonctionne35 ment du brûleur (8) suit évidemment la règle: - 21 p= pgh.(p,pression en Pascal; pmasse volumique du combustible en kg/m3; g,constante gravitationnelle; h, hauteur en m.).
Avec du gasoil et la micro vanne (14) calibrée et fixe 5 de réglage de débit, la hauteur minimale afin d'obtenir la pression minimale nécessaire au fonctionnement du brûleur (8), est d'environ 500 mm.
Cette hauteur établit une pression au niveau de la flamme de 4000 Pa environ et elle pourra, évidemment très 10 simplement, être ajustée suivant le débit définissant la puissance nécessaire au brûleur (8).
L'absence de pompe spécifique pour le brûleur (8) présente l'avantage d'une pression constante et suffisante sans utiliser d'énergie nécessaire au pompage puisque elle récu15 père le surplus d'énergie de pompage de la pompe à injection du moteur.
Notre configuration, pour une température de flamme moyenne de 700 C, présente une consommation de 0.21 Litre de gasoil/heure soit une puissance de flamme de l'ordre de 2 kW. 20 Cette consommation doit évidemment être très inférieure au gain de consommation attendu par l'ajout du gaz d'apport dans le réacteur (7).
Or, le gain en consommation de carburant apporté par le montage qui est de l'ordre de 2 Litres/heure est 10 fois su25 périeur à la consommation du brûleur (8).
Néanmoins, cette légère surconsommation devra être prise en compte pour les calculs de rendement global du système.
Le fonctionnement du brûleur (8) est décrit ci après: Une fois le carburant sous pression par gravité, il est injecté dans le brûleur (8) par un orifice d'alimentation en carburant (38). Ce carburant arrive dans une préchambre de mélange (29) de forme cylindrique et assurant une bonne miscibilité avec l'air comburant issu de la chambre d'air (27) - 22 par les orifices (31) Cette chambre (27) est alimentée par un orifice d'alimentation en air (32), cet air est issu de la conduite (C) d'alimentation en air du brûleur (8).
Un feutre de vaporisation (28), constitué d'une toile perméable tissée ignifuge, assure une bonne vaporisation et gazéification du carburant qui, mélangé à l'air dans des proportions stoechiométriques, est aspiré dans la chambre de combustion (26) chargée, elle aussi, d'air issu de la chambre 10 d'air (27) par les orifices (30).
Le mélange air/carburant s'enflamme spontanément au contact d'une résistance chauffante (42) portée à température.
Cette résistance électrique (42) a un deuxième rôle: 15 celui de préchauffer l'air dans la chambre de combustion avant l'injection du gasoil, exactement comme le préchauffage de l'air dans les moteurs diesel lors de la phase de démarrage.
Cette phase de préchauffage du brûleur (8), avant 20 l'injection du carburant, est nécessaire afin d'obtenir une inflammation systématique du mélange gazeux.
Cette phase de préchauffage est commandée par l'UCE (11) qui prend en compte la température mesurée par le capteur de température (43) et permet, lorsque la température 25 voulue dans le brûleur (8) est atteinte, l'alimentation du brûleur (8) en gasoil par l'électrovanne (25) et donc le démarrage de la combustion.
Il a été constaté qu'une température d'au moins 200 C dans la chambre de combustion est nécessaire à l'auto inflam30 mation systématique du mélange au démarrage.
Une fois la flamme allumée, elle est entretenue soit pas la pression de la pompe à air (9), le brûleur (8) fonctionnant alors en pression et la flamme étant poussée dans le réacteur (7) soit par le venturi (6) et l'intermédiaire des 35 canalisations (B) et (D), le brûleur (8) fonctionnant alors - 23 en dépression. Dans ce cas, le flux de combustion chaud (37) est attiré dans le réacteur (7).
La température s'élève donc rapidement dans le réacteur (7) qui devient fonctionnel.
Une autre caractéristique innovante de l'application de ce brûleur (8) est la possible désactivation de la pompe à air (9), chargée d'alimenter le brûleur (8) en air frais; cette fonction n'étant possible qu'en phase de fonctionnement nominal.
En effet, pendant cette phase nominale, c'est à dire au delà d'un certain régime moteur, le flux d'air comburant nécessaire au fonctionnement du brûleur (8) est créé par un venturi (6) monté sur la canalisation d'échappement (A) à la sortie du pot d'échappement (5) du moteur utilisant 15 l'invention.
Ce venturi décrit plus loin est relié a la sortie du brûleur (8) par la conduite (B), il crée une dépression relative dans le corps du brûleur (8) par la conduite (D); de l'air frais est alors aspiré au travers de la pompe à air (9) 20 non alimentée électriquement et reliée au brûleur (8) par la conduite (32).
Ce fonctionnement est rendu possible grâce au déplacement en rotation des palettes situées à l'intérieur du corps de pompe à air (9), palettes normalement destinées à créer le 25 flux d'air mais qui, dans ce cas, ne sont pas entraînées par le moteur électrique de la pompe à air (9) mais uniquement par la dépression relative issue du venturi (6).
Ainsi, il a été constaté sur notre prototype qu'au delà d'un régime moteur de 2500 tr/min, la dépression du venturi 30 (6) devient suffisante pour aspirer assez d'air dans le brûleur (8) et permettre alors un fonctionnement correct du brûleur (8) et la coupure de l'alimentation électrique de la pompe à air (9).
Cette pompe à air (9) reste nécessaire dans les phases 35 de démarrage et sous faible charge moteur. - 24
La gestion électrique de la pompe à air (9) est confiée à l'UCE (11) et sera largement expliquée dans la description de l'UCE (11) .
Dans le cas du montage de l'invention sur un moteur a 5 régime stabilisé constant et suffisant pour obtenir, par le venturi (6), une dépression relative convenable, tels les groupes électrogènes industriels, il est possible que cette pompe à air (9) soit totalement supprimée.
Le flux d'échappement, à valeur minimale fixe, crée 10 alors via le venturi (6), un flux d'aspiration suffisant dans le brûleur (8) pour assurer son fonctionnement correct.
Le venturi spécifique (6), situé dans le tube d'échappement moteur (A) en aval du silencieux d'origine (5), a pour rôle de créer une dépression relative suffisamment im15 portante à un régime moteur relativement faible pour qu'elle soit utilisée dans le fonctionnement du brûleur (8) décrit précédemment.
Cette dépression, pour assurer le fonctionnement correct du brûleur (8) et son efficacité optimum, est de 1500 Pa 20 minimum au dessous de la pression atmosphérique et elle est obtenue sur notre véhicule d'essais à partir d'un régime de rotation moteur de 2500 tr/min en condition de roulage.
La dépression maximale mesurée à pleine charge est de 3000 Pa.
Le venturi (6) est composé d'un élément réducteur de diamètre à angles amont et aval asymétriques de respectivement 45 et 30 et d'un tube (B), centré dans la conduite d'échappement (A), dans lequel la dépression est produite.
Le diamètre au col du venturi (6) est égal à 90% du 30 diamètre interne du tube d'échappement et la longueur totale de l'élément réducteur à effet venturi est de 70mm.
Cet élément est emmanché en force et fixé solidement dans le tube d'échappement. Il est fabriqué en métal inoxydable, indéformable et résistant aux hautes températures.
La perte de charge singulière, créée par la réduction - 25 du diamètre du conduit d'échappement au niveau du venturi (6), s'avère négligeable et ne défavorise pas une aspiration correcte et une évacuation complète des gaz brûlés des cylindres du moteur.
Le tube (B), ayant le rôle d'aspirateur des flammes dans le brûleur (8), est réalisé en métal inoxydable et indéformable. Son diamètre est égal à environ 1/5 du diamètre intérieur du tube d'échappement. Son extrémité représente un léger cône sur une longueur de 2mm pour favoriser la dépres10 sion.
C'est l'augmentation de la vitesse des gaz d'échappement (33) au niveau du col du venturi qui détermine l'aspiration des gaz brûlé (34) du brûleur (8) dans le tube (B) donc dans le brûleur (8) et ceci par effet venturi.
La valeur de la dépression dans la tubulure (B) dépend des formes et diamètres des deux éléments composants le système venturi (6).
Le fonctionnement et l'efficacité du brûleur (8) sont donc directement liés aux caractéristiques du venturi (6).
Toute amélioration du système à venturi (6) tendra à la quasi suppression de la pompe à air (9) dans les bas régimes et les faibles charges.
Un capteur de température (41), de type thermocouple ou autre, monté à l'intérieur d'une chemise protectrice dans le 25 réacteur (7), régulera via l'UCE (11), la température de fonctionnement du réacteur (7) en commandant l'alimentation ou la coupure électrique de l'électrovanne (25) ainsi que l'alimentation ou la coupure électrique de la résistance (42) du brûleur (8).
Cette fonction de régulation de température est confiée à l'UCE (11) et sera largement expliquée dans la description de l'UCE (11) .
Dans notre cas, la température de fonctionnement du réacteur (7) varie entre 500 C et 700 C. Cette température cor35 respond respectivement à l'autorisation et à l'arrêt par - 26 l'électrovanne (25) donc de l'injection de gasoil dans le brûleur (8) ainsi qu'à l'alimentation ou la coupure de la résistance électrique (42) dans le brûleur (8).
Ces températures sont relativement stables et surtout 5 largement supérieures, quels que soit la charge et le régime du moteur, aux températures de flux mesurées sur la conduite d'échappement en sortie du turbocompresseur (3) qui sont de l'ordre de 450 C au maximum et de 280 C en moyenne.
Dans ces conditions, on comprend bien l'intérêt qu'il y 10 a à utiliser le brûleur spécifique (8) pour assurer le fonctionnement du réacteur (7).
La description qui suit, concernant la régulation de la dépression à l'admission du moteur (24), se rapporte aux figures 1 et 3 pour les éléments (7), (I), et à la figure 4a 15 qui représente le système complet de maintien de la pression absolue ou dépression relative dans le réacteur (7).
La figure 4a montre les différents éléments principaux du système de régulation de la dépression relative: - La vanne pneumatique (21).
- Le volet (10) avec son câble de commande (49) et sa vis de réglage de butée (48).
- Les différentes canalisations présentes sur le dispositif.
Les autres éléments, qui ne font pas partie de 25 l'invention et représentés sur les figures citées, sont les éléments d'origine du moteur.
La figure 4b représente les courbes de dépression relative, avec et sans le système de maintien de dépression relative; cette pression relative étant mesurée, sur notre proto30 type, dans le conduit (I) reliant l'évaporateur (17) au réacteur (7).
La dépression relative utilisée, pour obtenir une vitesse de flux dans le réacteur (7) nécessaire à son fonctionnement, est produite par l'aspiration naturelle du - 27 moteur (24).
Pour remédier aux inconvénients liés à une dépression relative irrégulière et instable, remarquée sur les systèmes à réacteurs non pourvus de la présente invention, un système 5 de gestion de la dépression relative dans le réacteur (7) a été largement étudié et adapté sur le moteur (24).
Ce système a pour but d'obtenir une dépression relative régulée et stable dans la tubulure d'admission du gaz produit (R), dans le réacteur (7) et dans la canalisation (I) reliée 10 à l'évaporateur (17).
Sur la figure 4b et en montage d'origine, on remarque que la pression absolue mesurée dans la canalisation (I) varie entre 650 hpa moteur au ralenti et 1000 hpa au régime moteur maximum.
Avec le système de régulation de la dépression relative, celle-ci varie entre 780 hpa au régime de ralenti et 950 hpa au régime moteur maximum.
On note donc que la courbe montrant les valeurs de dépressions relatives mesurées avec le système de régulation 20 monté s'avère nettement plus avantageuse pour le fonctionnement du réacteur (7).
En effet, cette dépression relative régulée assure un débit constant des flux parcourant le réacteur (7).
Le système de régulation de la dépression relative dans 25 le réacteur (7) fonctionne suivant la description suivante: Le moteur (24) aspire naturellement l'air et éventuellement le gaz produit par le réacteur (7), ceci par l'intermédiaire de l'échangeur de température air/air (4), de la canalisation (H) et du compresseur du turbocompresseur 30 (3).
Le conduit (R) permet la jonction turbocompresseur (3)/réacteur (7).
Afin de favoriser la succion dans le réacteur (7), un volet (10) d'obturation de la tubulure (E) est monté.
* Ce volet (10) est commandé par le levier de charge de - 28 la pompe à injection du moteur (24) et il est actionné par un câble (49) relié au dispositif d'accélération sur la pompe à injection du moteur (24).
Toute accélération ou décélération du moteur (24) par 5 l'utilisateur donc tout déplacement du levier de charge de la pompe à injection du moteur (24), entraîne l'ouverture ou la fermeture partielle ou totale du volet (10).
L'ouverture ou la fermeture du volet (10) et la position du levier de charge de la pompe à injection du moteur 10 (24) sont proportionnels. Un réglage de synchronisation entre ces deux éléments est donc nécessaire.
La butée, donc le réglage précis du volet (10), est assuré grâce à la vis de réglage (48).
Une vanne pneumatique (21), asservie par le conduit (P) 15 à la dépression relative régnant dans la tubulure (E), est également montée.
Cette vanne pneumatique (21) est connue par l'homme de métier sous le nom de capsule à dépression et ne sera pas détaillée ici, quoique son application à la présente inven20 tion soit originale à notre connaissance.
Les moindres variations de régime et de charge du moteur (24) donc de dépression relative entre le turbocompresseur (3) et le volet (10) sont immédiatement corrigées par la vanne pneumatique (21).
Le flux traversant le réacteur (7), monté en parallèle de la canalisation (E), est donc régulé.
Un autre avantage de ce système, indépendamment de l'invention, est qu'il permet d'obtenir un taux de remplissage moteur optimal à tous les régimes/charges moteur et plus 30 particulièrement en phase non suralimentée, ce qui rend les reprises à bas régimes plus vigoureuses.
Un autre avantage de ce système, indépendamment de l'utilisation du réacteur, est qu'il permet de diminuer sensiblement les rejets de gaz polluants dans l'atmosphère en 35 assurant un rapport air/carburant convenable, notamment en - 29 phase de variation de régime/charge.
Ces deux derniers avantages n'ont aucun rapport avec le gain procuré par le montage du réacteur (7).
En régime de ralenti: Le volet (10) étant fermé à 90%, la section de passage d'air à son niveau est insuffisante, la dépression relative dans la tubulure (E) est trop importante donc celle régnant dans le conduit (R) , le réacteur (7) et le conduit (I), également excessive, d'ou une vitesse des flux, dans le réacteur 10 (7) et les canalisations, supérieure à celle requise pour un fonctionnement optimum.
Le canal by-pass (O) permet un passage d'air non contrôlé par le volet et résout en partie ce problème.
La vanne pneumatique (21), qui est à ouverture variable 15 en fonction de la dépression relative d'air, est asservie à la dépression relative de la tubulure (E) par le conduit (P); elle complète le système en assurant une dépression relative égale en amont et en aval du volet (10), en permettant la mise à la pression atmosphérique de la tubulure (E) par 20 l'intermédiaire de la canalisation (Q) reliée à la sortie du filtre à air (1).
En phase accélération lente: Des l'ouverture lente et partielle du volet (10) commandé par le levier de charge de la pompe à injection du mo25 teur (24), la dépression relative dans la tubulure (E) peut tendre à diminuer.
Dans cette condition, la vanne pneumatique (21) interdit la mise à la pression atmosphérique de la tubulure (E) par la canalisation (Q); la dépression relative en amont du 30 turbocompresseur (3) tend à chuter légèrement donc celle régnant dans le réacteur (7) également.
La vitesse de flux dans le réacteur (7) se stabilise.
Si au contraire, en fonction de la charge et du régime moteur, la dépression relative dans la tubulure (E) augmente, 35 la vanne pneumatique (21) corrige instantanément en - 30 permettant la communication partielle ou totale de la tubulure (E), en amont du turbocompresseur (3), avec la pression atmosphérique par la canalisation (Q).
Là encore, la vitesse du flux dans le réacteur (7) se stabilise.
En phase forte accélération: Le volet (10) étant ouvert à 100%, le turbocompresseur (3) tend à aspirer une quantité d'air importante et les pertes de charge, provoquées par la longueur de la tubulure 10 d'admission mais surtout par le volet (10) pendant son ouverture, font que le débit d'air dans la tubulure (E) est insuffisant.
La vitesse du flux dans le réacteur (7) tend à augmenter considérablement.
Dans cette condition, la vanne pneumatique (21) autorise la mise à la pression atmosphérique de la tubulure (E) en amont du turbocompresseur (3) par la canalisation (Q), partiellement ou entièrement ouverte par la vanne pneumatique (21).
La vitesse de flux dans le réacteur (7) se stabilise.
En phase stabilisation de régime du moteur: La vanne pneumatique (21) régule automatiquement la dépression relative régnant dans les canalisations (Q), (R), (I) et le réacteur (7) en autorisant ou non la mise à la 25 pression atmosphérique de la tubulure (E).
Le flux traversant le réacteur (7) est stable.
En phase décélération: Le volet (10) étant fermé à 90%, la dépression relative en amont du turbocompresseur (3) tend à augmenter brutale30 ment, la vitesse de flux dans le réacteur (7) devient excessive pour un fonctionnement optimal.
Dans cette condition, la vanne pneumatique (21) ouvre totalement la canalisation (Q) permettant la mise à la pression atmosphérique de la tubulure( E) en amont du turbocom35 presseur (3). - 31
La vitesse de flux dans le réacteur (7) retrouve une valeur normale, le fonctionnement idéal du réacteur (7) est assure.
Ce dernier cas de figure évite également le pompage 5 du turbocompresseur (3) menant à sa destruction par décélération brutale.
Ce système réduit également le temps de réponse du turbocompresseur (3)lors de la ré accélération du moteur (24) en permettant à la turbine du turbocompresseur (3) de garder 10 une vitesse élevée.
En ce sens, ce dispositif peut être également adapté aux moteurs préparés pour la compétition, par exemple.
Le réglage de l'ensemble a été réalisé en charge et la pression régulée dans la tubulure (E) est légèrement infé15 rieure à la pression atmosphérique, ce qui a pour effet d'augmenter sensiblement la vitesse de l'air dans la tubulure (E) donc également des flux dans le conduit de gaz (R), le réacteur (7) et le tube de vapeur (I).
Après des essais empiriques, nous avons constaté que 20 cette condition améliore sensiblement le fonctionnement du réacteur (7) et donc son rendement.
Il est donc remarquable que la vanne pneumatique (21) et le volet (10) assurent une régulation de dépression relative d'une façon permanente dans le circuit d'admission du 25 moteur (24) en amont du turbocompresseur (3) ainsi que dans le réacteur (7) assurant son fonctionnement optimal.
Il est à noter que la canalisation (N) de récupération et recyclage des vapeurs d'huile du moteur (24), connectée d'origine sur la canalisation (E) en aval du volet (10), a 30 été déplacée en amont du volet (10) pour éviter, lors de la fermeture brutale du volet (10), l'aspiration de l'huile de lubrification contenue dans le carter du moteur (24).
Ce cas de figure conduirait à l'emballement du moteur (24) par aspiration et combustion incontrôlée de l'huile et 35 donc à sa détérioration voire sa destruction quasi immédiate. - 32
La description qui suit se rapporte aux figures. 2, 2b, 3, 5a, 5b, 5c, et 5d illustrant l'UCE (11), et montrant son fonctionnement ainsi que les courbes ou diagrammes qui lui sont associés: Nous appelons UCE, l'Unité de Contrôle Electronique, numérotée (11).
L'UCE (11) est un boîtier dans lequel sont insérés des circuits de commande électroniques courants, réalisant des fonctions simples de commande d'actionneurs suivant des con10 signes prédéfinies ou paramétrables électroniquement à l'aide de rhéostats ou résistances variables par exemple.
Il est néanmoins possible de réaliser l'UCE (11) de manière électromécanique, voire mécanique, si l'environnement de fonctionnement était défavorable à l'utilisation de compo15 sants électroniques.
Tous les circuits internes de l'UCE (11) permettent la commande et la gestion de l'ensemble de l'invention, à savoir - Résistances électriques (40) et (47 internes au boî20 tier réchauffeur 19).
- Electrovannes (18), (20), (25).
- Pompe à air électrique (9).
- Pompe à fluide électrique (12).
- Résistance électrique (42).
Pour réaliser ces commandes, l'UCE (11) reçoit des informations électriques en provenance des différents capteurs ou contacteurs: (35), (36), (41), (43), (44), (45), (46), (50), (53).
Les figures 5a et 5b présentent les diagrammes de fonc30 tionnement des capteurs et actionneurs du système.
Le détail du câblage de l'UCE (11) est donné par la figure 5d.
La figure 5c montre les températures et le fonctionnement du brûleur (8) dont la gestion est assurée par i'UCE 35 (11). - 33
L'UCE (11) est alimentée sous tension batterie véhicule soit en nominal 12 volts en courant continu et en maximum moteur en route: 14.8 volts en courant continu.
Montée en température du système: Le moteur (24) froid étant démarré, le système étant activé, l'UCE (11) commande les résistances électriques chauffantes (40) dans l'évaporateur (17) et la résistance électrique chauffante (42) dans le brûleur (8).
Après environ 6 minutes de fonctionnement du moteur 10 (24), la température mesurée par le capteur de température (43) dans la chambre de combustion (26) du brûleur (8) est de 200 C environ.
A ce moment, le capteur de température (43) informe l'UCE (11) qui coupe l'alimentation électrique des résistan15 ces chauffantes (40) contenues dans l'évaporateur (17) et commande l'ouverture de l'électrovanne de gasoil (25).
L'électrovanne (25) l'autorisant, le gasoil pénètre dans le brûleur (8) et la combustion à l'intérieur de celui ci démarre comme décrit précédemment.
Des que la température du fluide, mesurée par le capteur de température (35) situé dans l'évaporateur (17), est de 60 C, l'UCE (11) commande l'ouverture de l'électrovanne de vapeur (18).
Le système est fonctionnel.
Comme dit précédemment, le maintien de la température dans celui-ci sera maintenant assuré par le serpentin (39) dans lequel circule le fluide de refroidissement du moteur conformément à la figure 2b.
Ceci représente la phase de montée en température du 30 système.
Dans le cas ou la dépression relative produite par le venturi (6) est insuffisante pour une combustion idéale dans le brûleur (8) soit pour un régime moteur en charge inférieur à 2500 tours/mn, l'UCE (11) alimente électriquement la pompe 35 à air (9) qui pousse l'air extérieur dans le brûleur (8) pour - 34 faciliter la progression du flux.
Son alimentation par l'UCE (11) est effective après une temporisation de 10 secondes pour laisser le temps à la combustion de démarrer sans souffler la flamme et donc l'éteindre.
Un capteur de régime moteur (53), placé en regard du volant moteur et non représenté sur les schémas bien qu'étant désigné sur la figure 5d, informe l'UCE (11) de la vitesse moteur dans le but d'assurer la commande électrique de la 10 pompe à air (9).
Si la température, mesurée par le capteur de température (43) dans la chambre (26) du brûleur (8), venait à atteindre 1000 C, l'UCE (11) couperait l'alimentation de la résistance électrique (42) pour éviter sa destruction par sur15 chauffe ainsi que l'alimentation de l'électrovanne de gasoil (25).
La combustion dans le brûleur (8) étant effective et entretenue par les flammes, à partir d'une température de 600 C mesurée dans le réacteur (7) par le capteur de tempéra20 ture (41) et sous condition que l'électrovanne de gasoil (25) soit alimentée donc ouverte, l'alimentation électrique de la résistance chauffante (42) située dans le brûleur (8) est interrompue par l'UCE (11) pour éviter sa destruction prématurée et diminuer la consommation électrique.
Le réacteur (7) est alimenté par la canalisation (I) dans lequel le flux de vapeur aspiré peut être réchauffé par le réchauffeur électrique (19) muni des résistances chauffantes (47), comme largement expliqué précédemment.
Ces résistances électriques (47) sont alimentées par 30 l'UCE (11) qui reçoit l'information de température par le capteur de température (44).
Lorsque la température voulue, mesurée par le capteur de température (41) et définie par les réglages internes à l'UCE (11), est atteinte à l'intérieur du réacteur (7) soit 35 700 C sur notre montage, l'UCE (11) coupe l'alimentation - 35 électrique de l'électrovanne (25) qui se ferme.
Dans le cas ou la pompe à air (9) était alimentée électriquement, cette alimentation sera également interrompue par l'UCE (11).
Au même moment, l'UCE (11) réalimente la résistance électrique (42) qui recommence à chauffer la chambre (26) du brûleur (8).
L'électrovanne (25) étant désormais fermée, le carburant cesse d'entrer dans le brûleur (8) et la combustion va 10 s'arrêter dans la chambre (26).
La température dans le réacteur (7) diminue.
Dès que la température du réacteur (7) chute au dessous de la valeur mise en consigne dans l'UCE (11) et mesurée par le capteur de température (41) soit 500 C sur notre montage, 15 l'UCE (11) réalimente l'électrovanne (25) et éventuellement, si le régime du moteur est inférieur en charge à 2500 tours/mn, la pompe à air (9) avec une temporisation de 10 secondes.
La combustion dans le brûleur (8) redémarre et la tem20 pérature s'élève à nouveau.
La fonction électronique utilisée pour réaliser cette tâche dans l'UCE (11) est un simple trigger de schmitt.
Un exemple arbitraire de fonctionnement du brûleur sans pompe à injection et pouvant fonctionner sans pompe à air est 25 donné figure 5c.
Le cycle de montée et descente de température du système s'établira ainsi jusqu'à l'arrêt définitif du moteur ou la désactivation électrique de l'UCE (11) par l'utilisateur.
Dans ces conditions, la température de flamme moyenne 30 dans le brûleur (8) est d'environ 700 C.
Le rôle de l'UCE (11) est également de gérer le niveau de liquide dans les évaporateurs (17) et (16) à l'aide des contacteurs de niveaux (36) et (45).
Lorsque le contacteur de niveaux (36) détecte un niveau 35 de liquide trop bas dans l'évaporateur secondaire (16) donc - 36 également dans l'évaporateur (17), ce niveau de liquide étant mis en consigne pour obtenir un fonctionnement optimum du système, il informe l'UCE (11) qui commande électriquement la rotation de la pompe à fluide (12) qui alimente l'évaporateur (16) donc l'évaporateur (17).
Le niveau de liquide dans les évaporateurs (16) et (17) monte.
Lorsque le contacteur à niveaux (36) détecte le niveau de liquide maximum mis en consigne, il informe l'UCE (11) qui 10 coupe l'alimentation de la pompe à fluide (12).
Le système consomme naturellement du liquide et le niveau redescend dans les évaporateurs (16) et (17), le cycle recommence.
La régulation des niveaux, donc de la pression absolue 15 dans l'évaporateur (17) et par voie de conséquence dans le circuit complet d'aspiration de gaz énergétique, est assurée par ce principe de fonctionnement.
Dans le cas ou le niveau minimum de liquide ne pourrait être limité par le contacteur de niveaux (36), éventuellement 20 défectueux, le contacteur de niveau bas (45) informerait l'UCE (11) qui couperait immédiatement l'alimentation des résistances électriques (40), fermerait l'électrovanne de vapeur (18) et couperait l'alimentation électrique de la pompe à fluide (12).
Dans le cas ou le niveau maximum de liquide ne pourrait être limité par le contacteur de niveaux (36), éventuellement défectueux, le contacteur de niveau (46) informerait l'UCE (11) qui couperait immédiatement l'alimentation électrique de l'électrovanne de vapeur (18).
Celle ci étant désormais fermée, aucun fluide liquide non vaporisé ne peut être aspiré par le moteur qui, dans le cas contraire, aurait pu être détruit par serrage hydraulique.
Un autre rôle de l'UCE (11) est d'interdire le fonc35 tionnement de la pompe à fluide (12) dans le cas ou le niveau - 37 de liquide dans le réservoir auxiliaire (15) serait trop bas pour éviter la destruction de la pompe à fluide (12) par échauffement.
Dans ce cas, 1'UCE (11) est informé par le contacteur 5 de niveau minimum (50). Celui ci pourra aussi, éventuellement, informer un indicateur de niveau de fluide au tableau de bord du véhicule.
Un autre rôle de l'UCE (11) est d'autoriser la purge des condensats de la canalisation (I), ceci essentiellement 10 mais pas seulement, dans le cas qui est celui de notre prototype, ou de la vapeur d'eau serait traitée par le réacteur pour lequel l'invention est utilisée.
Cette fonction sera commandée par l'UCE (11) lorsque celle-ci détectera une température de vapeur inférieure à 15 90 C, consignée par le capteur de température (44).
La purge des condensats sera effective seulement dans la condition précédente et sous action du contacteur de démarrage du véhicule, pendant 15 secondes au maximum.
Dans cette condition, l'UCE (11) alimente le réser20 voir/électrovanne (20) qui s'ouvre en laissant s'échapper à l'extérieur les condensats contenus dans le réservoir.
On comprend que le dispositif selon la présente invention peut être avantageusement combiné avec tous les types de réacteurs catalytiques ou non, fonctionnant à l'aide de tem25 pératures stables et élevées et/ou de pressions absolues régulées et stables; ceci de façon à obtenir des conditions de fonctionnement de ces réacteurs satisfaisantes et donc des résultats en dépollution remarquables.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux 30 modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
En particulier, elle comprend tous les moyens constituant les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon 35 l'esprit de l'invention. - 38

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif destiné à permettre le démarrage d'une part et le maintien des conditions de fonctionnement d'autre part, pour des réacteurs à transformation physico-chimique 5 employés pour conditionner un combustible et/ou un comburant, en totalité ou en partie, en amont de systèmes de conversion d'énergie, y compris de moteurs thermiques à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins les éléments suivants: -un brûleur (8) spécifique permettant de porter et de stabiliser la température du réacteur (7) dans sa plage de fonctionnement prescrite, au moyen d'une boucle de réglage permettant d'enclencher le brûleur (8) lorsque la température de celui-ci descend au dessous 15 d'un minimum prescrit et permettant d'arrêter le fonctionnement du brûleur (8) lorsque sa température dépasse un maximum prescrit, ce brûleur (8) étant alimenté soit par le même combustible que le système de conversion d'énergie ou moteur thermique (24), soit par un 20 combustible différent -un venturi (6) aspirant les gaz de combustion du brûleur (8) et permettant ainsi un tirage suffisant pour assurer l'entrée d'air de combustion dans le brûleur (8) et donc éviter, dans des conditions normales 25 de fonctionnement, le recours à une pompe à air auxiliaire électrique (9) -un évaporateur (17), maintenu automatiquement en température et en pression, permettant d'évaporer un fluide d'apport constitué de carburant ou à la limite 30 d'eau pure ou encore n'importe quel autre fluide combustible ou non - 39 -un évaporateur auxiliaire (16) alimenté en fluide d'apport et acheminant ce fluide vers l'évaporateur (17) par le principe des vases communicants et ayant pour rôle de maintenir le fluide dans 5 l'évaporateur (17) à un niveau constant, quelle que soit la valeur de la dépression relative dans celui-ci -un système à dépression relative quasi-constante constitué d'un volet (10) et d'une vanne pneumatique auto régulée (21) montés sur la tubulure d'admission 10 (E) d'origine du moteur thermique (24) -un système réchauffeur de vapeur (19) constitué de résistances électriques (47) et monté sur une canalisation (I) -un système d'évacuation des condensats constitué 15 d'un réservoir/électrovanne (20) monté sur la canalisation (I) -une unité de contrôle électronique (11) appelée UCE permettant: - de gérer le fonctionnement du brûleur (8) 20 ainsi que son alimentation en air et carburant - de gérer le fonctionnement de l'évaporateur (17) ainsi que son alimentation par l'intermédiaire de l'évaporateur auxiliaire (16) notamment en ce qui concerne les niveaux de fluide - de gérer les températures de fluide dans l'évaporateur (17) ainsi que les sécurités nécessaires dans le cas de très hautes températures atteintes - de gérer l'évacuation des condensats et la température dans la canalisation (I), si le fluide 30 transformé le permet.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le chauffage de l'évaporateur (17) favorisant - 40 l'évaporation est à la fois électrique et thermique, le chauffage électrique étant effectué durant les premières minutes de fonctionnement du système.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par 5 le fait que l'utilisation de l'évaporateur (17) est commandée par un contacteur de température et est rendu possible par l'ouverture d'une électrovanne (18).
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'évaporateur (17) est relié au réacteur (7) par 10 une conduite réchauffée (I) par un réchauffeur (19), lorsque les caractéristiques du fluide d'apport le permettent, afin d'éviter autant que possible la recondensation de ce fluide d'apport évaporé et que cette conduite (I) est pourvue d'un réservoir/électrovanne (20) permettant l'évacuation des 15 condensats.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la puissance thermique du brûleur (8) est auto régulée par la variation de l'aspiration par le venturi ( 6) lors des variations de charge du système de conversion 20 d'énergie ou du moteur thermique (24).
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alimentation en air frais du brûleur (8) est assurée, au dessous d'un certain régime moteur, par une pompe à air auxiliaire électrique (9) et au delà par la seule ac25 tion du venturi (6) au travers du corps de pompe à air auxiliaire électrique (9).
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le combustible du brûleur (8) est introduit à partir d'un réservoir tampon (22) approvisionné par le retour 30 de pompe à injection du moteur thermique (24) et monté en charge, à niveau constant, par rapport au brûleur (8) avec - 41 une dénivellation suffisante pour obtenir le débit de combustible requis.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le combustible introduit dans le brûleur (8) 5 s'auto enflamme par contact avec une résistance électrique (42) et/ou par contact avec l'air préchauffé par ce même élément.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le volet (10) et la vanne pneumatique (21) sont 10 commandés respectivement mécaniquement et pneumatiquement, de manière à maintenir la pression absolue du fluide transformé, aspiré par le réacteur (7), à une valeur choisie, pour permettre à celui-ci de travailler dans les meilleures conditions.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 6 ou 8, caractérisé par le fait: - que l'unité de contrôle électronique (11), appelée UCE, est un boîtier électronique alimenté sous une tension nominale de 12 volts en courant continu, qu'il est informé 20 électriquement par des capteurs (35, 36, 41, 43, 44, 45, 46, 50, 53) - que cette unité de contrôle commande électriquement des résistances (40, 42, 47) de manière à obtenir des températures stables et limitées, des électrovannes (18, 20, 25), 25 une pompe à air (9), une pompe à fluide (12) qui participent au fonctionnement et à la sécurité du système.
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