WO2009141512A1 - Dispositif de soutirage gazeux d'un reservoir de gaz de petrole liquefie de vehicule pour utilisation au demarrage du moteur - Google Patents

Dispositif de soutirage gazeux d'un reservoir de gaz de petrole liquefie de vehicule pour utilisation au demarrage du moteur Download PDF

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Definitions

  • the subject of the present invention is a gaseous withdrawal device for a liquefied petroleum gas tank of a land or marine vehicle for use at engine starting.
  • This device relates generally to the technical field of equipment for supplying gaseous fuels of the liquefied petroleum gas (LPG) or natural gas (CNG) type for combustion engines, and in particular for explosion engines. Normally receiving a carDurant nqui ⁇ e.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • CNG natural gas
  • Liquefied petroleum gas is increasingly used as a source of energy for motor vehicles. This fuel makes it possible to significantly reduce the emissions of CO2, hydrocarbons, NOx, VOCs, etc., compared to that produced by conventional gasoline or diesel fuel combustion engines.
  • LPG is the least polluting fuel available today and its octane rating allows smoother operation, avoiding vibration and noise while increasing engine life. In addition, in many countries, LPG is subject to an advantageous taxation allowing a significant reduction in the cost price per kilometer.
  • liquefied gas to operate an engine originally designed to receive a liquid fuel requires the use of a specific fuel system comprising a "vaporizer expander", ensuring the vaporization of fuel under a pressure and with a specific flow.
  • the vapor pressure regulator is usually in the form of a housing comprising a double chamber formed of a gas vaporization chamber and a thermal chamber in which a hot liquid circulates, which is often constituted by the cooling water of the engine removed. thanks to a derivation performed on the circuit connecting it to the radiator. Both chambers have a common wall arranged to allow a good transmission of calories.
  • the heating of the expander can also be obtained by the engine lubricating oil (patent No. FR 2 764002), or by an electric heating element incorporated (patent No. FR 2 759419) or external (patent No. FR 2 780 102).
  • the vapor pressure regulator may be formed of two independent parts connected by a single pipe, a regulator of the flow and pressure of the vaporized gas, connected to the engine, and a vaporization element consisting of a heat exchanger consisting of a tube a heat-conducting material in which the gas passes, liquid at the inlet connected to the feed tank and gaseous at the outlet, this tube being immersed in a heating liquid contained in a chamber (Patent No. FR 2 801 643 ).
  • LPG liquefied petroleum gas
  • CNG natural gas
  • the liquefied gas tank connected by a first pipe to a vaporizer and a regulating element of flow and pressure.
  • a tank of gasoline or diesel fuel connected by a second pipe to the carburetor or an injector supply rail.
  • This second feed is used to allow the engine to start and run until the temperature of the cooling water or lubricating oil is high enough to ensure vaporization of the liquefied fuel. .
  • the heat transfer fluid of the vaporization element can not be hot enough to provide the gaseous fuel the calories necessary for its vaporization.
  • a parailel circuit of fuel or gas oil to operate the engine until the latter has reached its optimum operating temperature, that is to say, a temperature sufficient for the heat transfer fluid from the vaporization element is sufficiently hot to vaporize the liquefied gaseous fuel.
  • the fuel supply circuit is cut in favor of the main circuit liquefied gaseous fuel supply. This is commonly called bi-injection or bi-carburation.
  • the purpose of the device according to the present invention is to allow the use of liquefied gaseous fuel for a standard type of explosion engine without requiring the use of a second fuel or gas oil supply to ensure starting.
  • It consists of a double liquefied gas supply formed from the combination of a vaporization system using the heat of the coolant or the engine lubricating oil to heat the fuel taken in the liquid state in the reservoir , and liquefied petroleum gas sampling equipment at the top of the tank for supplying the engine during the start-up period, the supply of gaseous fuel being cut off when the engine is sufficiently hot and replaced by the supply of liquefied gas through solenoid valves.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the entire liquefied gaseous fuel supply system
  • Figure 2 is an enlarged longitudinal section of the vaporization showing the internal structure of the latter and corresponding to the detail D1 of Figure 1
  • Figure 3 is a vertical section of the tank along the arrows F1 of Figure 2
  • Figure 4 is a partial view of a variant of the network of heating the vaporization system, this view showing the connection of said network on a calorstat support.
  • FIGS. 1 to 3 consists of a tank 1 of liquefied gaseous fuel 2 equipped with two engine supply lines, a liquid phase fuel line 3 and a gas phase fuel line 4.
  • the tank 1 is of any shape of the type customarily used for liquefied petroleum gas (LPG) or natural gas of the town (CNG) and comprises a tube 5 for withdrawing the liquid phase fuel, which ends at the bottom of the tank and is equipped with a control electro-valve 6 at its outlet, and a filling pipe 7.
  • the tank 1 may be designed to replace a tank of gasoline or diesel.
  • the tank 1 is equipped, in addition to the usual equipment such as level gauge, safety valve, etc., of a solenoid valve
  • the liquid phase fuel line 3 may comprise a safety solenoid valve 12 arranged upstream of a three-way connector 13 to which are connected, in addition to the liquid phase fuel supply, the gas phase fuel line 4 and the tubing supplying the regulating element 15 with the flow rate and the pressure of the vaporized gas supplied to the engine, this tubing being connected directly to the carburettor or to the injection system in the case of one of the ⁇ u n salt element.
  • the solenoid valve 8 for drawing off the gas phase fuel may possibly be mounted near the three-way connector 13.
  • the fuel in the liquid phase 2 passes, before reaching the safety solenoid valve 12, by a vaporization system 20 advantageously constituted by a tubular element 21 in which circulates the engine coolant taken from a bypass consisting of a withdrawal pipe 22 and a return pipe 23.
  • the withdrawal piping 22 and return pipe 23 will advantageously be connected to the engine cooling circuit by means of a specific thermostat support 24 arranged in such a way as to that the flow in these pipes is controlled by said thermostat ( Figure 4).
  • the tubular element 21 is formed of a sealed enclosure preferably made of deformable insulating material, and in which passes the fuel line in the liquid phase 3.
  • This sealed enclosure may consist of a reinforced rubber hose type "hose or the like and closed at both ends by an upstream connection 25 and a downstream connection 26 traversed by said vaporization tube.
  • the heating of the vaporization system 20 can also be obtained by the engine lubricating oil, or possibly by an external electric heating body connected to said system by pipes traversed by a suitable liquid.
  • control valves 6 for liquid fuel outlet and for sampling 8 for gaseous fuel as well as the vaporized fuel supply safety solenoid valve 12 are controlled by a system able to determine when the temperature of the vaporization system 20 is sufficient to ensure the passage in the gas phase of the fuel taken in the liquid phase.
  • control system detects that the vaporization temperature is sufficiently high, it causes the opening of the control solenoid valve 6 and the liquid phase fuel supply safety valve 12, and the closure of the 8 gaseous fuel sampling solenoid valve.
  • This arrangement makes it possible to use the fuel in the gaseous phase for a sufficiently short period to prevent icing of the pipes and connecting members while eliminating the need for a second tank containing gasoline or gas oil.
  • the gas phase gas sampling system can be arranged so that it can be used for feeding heating or cooking appliances in a "home-car” or a towed caravan.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de soutirage gazeux d'un réservoir de gaz de pétrole liquéfié de véhicule terrestre ou marin pour utilisation au démarrage du moteur. Ce dispositif comporte une double alimentation de gaz liquéfié constituée par la combinaison, d'une part, d'une canalisation de carburant en phase liquide (3) issue du fond du réservoir (1 ) associée à un système de vaporisation (20) dudit carburant et, d'autre part, d'une canalisation de carburant en phase gazeuse (4) prélevé à la partie haute dudit réservoir et destiné à alimenter le moteur durant la période de démarrage, l'alimentation en carburant gazeux étant coupée lorsque le moteur est suffisamment chaud et remplacée par l'alimentation de gaz liquéfié. L'invention peut convenir à tous les types de moteurs à combustion internes de type à carburateur et injection, que ce soit des moteurs fixes, des moteurs de véhicules terrestres ou des moteurs marins.

Description

DISPOSITIF DE SOUTIRAGE GAZEUX D'UN RESERVOIR DE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE
DE VEHICULE POUR UTILISATION AU DEMARRAGE DU MOTEUR
-1 -
I a présente invention a pour objet un dispositif de soutirage gazeux d'un réservoir de gaz de pétrole liquéfié de véhicule terrestre ou marin pour utilisation au démarrage du moteur.
Ce dispositif se rapporte d'une manière générale au domaine technique des équipements permettant d'alimenter en combustibles gazeux du type Gaz de Pétrole liquéfié (GPL) ou Gaz Naturel de Ville (GNV) des moteurs à explosion, et en particulier des moteurs à explosion recevant normalement un carDurant nquiαe.
Ii peut convenir a tous les types αe moteurs a comDusυon internes αe type a carourateur et injection, que ce soit αes moteurs τιxes, αes rπoreurs ue véhicules terrestres ou αes moteurs marins.
Le gaz de pétrole liquéfié est de plus en plus utilisé comme source d'énergie pour les véhicules à moteurs. Ce carburant permet de diminuer sensiblement les émissions de CO2, d'hydrocarbures, de Nox, de COV..., comparativement à celle produite par les moteurs à explosion classiques à essence ou à gasoil. Le GPL est le carburant le moins polluant aujourd'hui disponible et son indice d'octane permet un fonctionnement plus doux évitant les vibrations et le bruit tout en accroissant la durée de vie du moteur. De plus, dans de nombreux pays, le GPL est soumis à une taxation avantageuse permettant une diminution sensible du prix de revient kilométrique.
L'emploi de gaz liquéfié pour faire fonctionner un moteur initialement conçu pour recevoir un carburant liquide nécessite l'utilisation d'un circuit d'alimentation spécifique comportant un "vapodétendeur", assurant la vaporisation du carburant sous une pression et avec un débit déterminés.
Le vapodétendeur se présente habituellement sous la forme d'un boîtier comportant une double enceinte formée d'une chambre de vaporisation du gaz et d'une chambre thermique dans laquelle circule un liquide chaud qui est souvent constitué par l'eau de refroidissement du moteur prélevée grâce à une dérivation pratiquée sur le circuit reliant celui-ci au radiateur. Les deux chambres ont une paroi commune agencée pour permettre une bonne transmission des calories.
Le chauffage du vapodétendeur peut également être obtenu par l'huile de graissage du moteur (brevet N° FR 2 764002), ou par un corps de chauffe électrique incorporé (brevet N° FR 2 759419) ou externe (brevet N° FR 2 780 102).
Signalons que le vapodétendeur peut être formé de deux parties indépendantes reliées par une simple tubulure, un élément de régulation du débit et de la pression du gaz vaporisé, raccordé au moteur, et un élément de vaporisation consistant en un échangeur thermique constitué d'un tube en matériau conducteur de la chaleur dans lequel passe le gaz, liquide à l'entrée raccordée au réservoir d'alimentation et gazeux à la sortie, ce tube étant immergé dans un liquide de réchauffement contenu dans une enceinte (brevet N° FR 2 801 643).
(Les brevets mentionnés ci-dessus ont été déposés par le demandeur de la présente invention).
Actuellement, la grande majorité des véhicules fonctionnant au Gaz de Pétrole liquéfié (GPL) ou Gaz Naturel de Ville (GNV) comportent une doublé alimentation de carburant :
- Le réservoir de gaz liquéfié relié par une première canalisation à un vapodétendeur et un élément de régulation du débit et de la pression.
- Un réservoir d'essence ou de gasoil relié par une seconde canalisation au carburateur ou à une rampe d'alimentation d'injecteurs.
Cette seconde alimentation est utilisée pour permettre le démarrage du moteur et de le faire tourner jusqu'à ce que la température de l'eau de refroidissement ou de l'huile de graissage se soit suffisamment élevée pour permettre d'assurer la vaporisation du carburant liquéfié.
En effet, lorsque le moteur est froid, le fluide caloporteur de l'élément de vaporisation ne peut pas être suffisamment chaud pour fournir au combustible gazeux les calories nécessaires à sa vaporisation. Dans ces conditions, on utilise généralement un circuit parailèle d'alimentation en essence ou gasoil pour faire fonctionner le moteur jusqu'à ce que ce dernier ait atteint sa température de fonctionnement optimale, c'est-à-dire une température suffisante pour que le fluide caloporteur de l'élément de vaporisation soit suffisamment chaud pour pouvoir vaporiser le combustible gazeux liquéfié. Une fois que cette température de fonctionnement optimale est atteinte, le circuit d'alimentation essence est coupé au profit du circuit principal d'alimentation en combustible gazeux liquéfié. C'est ce qu'on appelle couramment la bi-injection ou la bi-carburation. Bien qu'efficace, cette solution technique est toutefois complexe et coûteuse.
Il est possible, en prélevant le carburant gazeux liquéfié en partie haute du réservoir, de l'obtenir directement sous forme gazeuse et d'alimenter un carburateur ou des injecteurs sans utiliser de vaporisateur. Cependant cela n'est utilisable que pour une durée réduite ou pour un moteurs de très faible puissance car la vaporisation dans le réservoir produit une baisse de température entraînant au bout d'un laps de temps assez court le givrage des canalisations et des organes de raccordement.
Le dispositif selon la présente invention a pour objectif de permettre l'utilisation de carburant gazeux liquéfié pour un moteur à explosions de type courant sans nécessiter l'utilisation d'une seconde alimentation d'essence ou de gasoil pour assurer le démarrage.
II est constitué d'une double alimentation de gaz liquéfié formée de la combinaison d'un système de vaporisation utilisant la chaleur du liquide de refroidissement ou de l'huile de graissage du moteur pour chauffer le carburant prélevé à l'état liquide dans le réservoir, et d'un équipement de prélèvement de carburant liquéfié sous forme gazeuse à la partie haute du réservoir destiné à alimenter le moteur durant la période de démarrage, l'alimentation en carburant gazeux étant coupée lorsque le moteur est suffisamment chaud et remplacée par l'alimentation de gaz liquéfié grâce à des électrovannes.
Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention : la figure 1 représente une vue schématique de l'ensemble du système d'alimentation en carburant gazeux liquéfié, le couvercle du boîtier de raccordement du réservoir étant retiré, la figure 2 est une coupe longitudinale agrandie de l'élément de vaporisation montrant la structure interne de ce dernier et correspondant au détail D1 de la figure 1 , la figure 3 est une coupe verticale du réservoir suivant les flèches F1 de la figure 2 et la figure 4 est une vue partielle d'une variante du réseau de réchauffage du système de vaporisation, cette vue montrant le raccordement dudit réseau sur un support de calorstat.
Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué d'un réservoir 1 de carburant gazeux liquéfié 2 équipé de deux canalisations d'alimentation du moteur, une canalisation de carburant en phase liquide 3 et une canalisation de carburant en phase gazeuse 4.
Le réservoir 1 est de forme quelconque du type utilisé habituellement pour le Gaz de Pétrole liquéfié (GPL) ou Gaz Naturel de Ville (GNV) et comporte un tube 5 de prélèvement du carburant en phase liquide aboutissant au fond du réservoir et équipé d'une électro-vanne de contrôle 6 à sa sortie, ainsi qu'une canalisation de remplissage 7. Le réservoir 1 pourra être conçu pour se substituer à un réservoir d'essence ou de gasoil.
Le réservoir 1 est équipé, en plus des équipements habituels tels que jauge de niveau, soupape de sécurité, etc, d'une électro-vanne de prélèvement
8 montée sur un embout installé sur la paroi supérieure 9 du réservoir et comportant un tube court 10 aboutissant au-dessus du niveau supérieur 11 du carburant liquéfié 2 de façon à prélever ce dernier en phase gazeuse.
La canalisation de carburant en phase liquide 3 pourra comporter une électro-vanne de sécurité 12 disposée en amont d'un raccord trois voies 13 sur lequel sont raccordés, outre l'arrivée de carburant en phase liquide, la canalisation de carburant en phase gazeuse 4 et la tubulure alimentant l'élément de régulation 15 du débit et de la pression du gaz vaporisé alimentant le moteur, cette tubulure étant raccordée directement au carburateur ou au système d'injection dans le cas l'un
Figure imgf000006_0001
§π un sel élément.
L'électro-vanne de prélèvement 8 du carburant en phase gazeuse pourra éventuellement être montée près du raccord trois voies 13.
Le carburant en phase liquide 2 passe, avant d'aboutir à I' électrovanne de sécurité 12, par un système de vaporisation 20 constitué avantageusement d'un élément tubulaire 21 dans iequei circule le liquide de refroidissement du moteur prélevé grâce à une dérivation constituée d'une tuyauterie de soutirage 22 et d'une tuyauterie de retour 23.
Dans le cas d'un moteur marin, en particulier de type hors-bord, les tuyauteries de soutirage 22 et de retour 23 seront avantageusement raccordées au circuit de refroidissement du moteur au moyen d'un support spécifique 24 de thermostat agencé de manière à ce que le débit dans ces tuyauteries soit contrôlé par ledit thermostat (figure 4).
D'une façon générale, les équipements métalliques destinés à être utilisés pour un moteur marin seront réalisés en matériaux anticorrosion. L'élément tubulaire 21 est formé d'une enceinte étanche réalisée de préférence en matériau isolant déformable, et dans laquelle passe la canalisation de carburant en phase liquide 3. Cette enceinte étanche pourra être constituée d'un tuyau de caoutchouc armé de type "durit" ou similaire et fermée à ses deux extrémités par un raccord amont 25 et un raccord aval 26 traversés par ledit tube de vaporisation.
Le chauffage du système de vaporisation 20 peut également être obtenu par l'huile de graissage du moteur, ou éventuellement par un corps de chauffe électrique externe relié audit système par des canalisation parcourues par un liquide approprié.
Les électrovannes de contrôle 6 de sortie de carburant liquide et de prélèvement 8 de carburant gazeux ainsi que l'électrovanne de sécurité 12 d'arrivée de carburant vaporisé sont contrôlées par un système apte à déterminer le moment où la température du système de vaporisation 20 est suffisante pour assurer le passage en phase gazeuse du carburant prélevé en phase liquide.
A la mise en route du moteur, les électro-vannes de contrôle 6 et de sécurité 12 de la canalisation de carburant en phase liquide 3 sont fermées, l'électrovanne de prélèvement 8 de carburant gazeux est ouverte. Dès que le système de contrôle détecte que la température de vaporisation est suffisamment élevée, il provoque l'ouverture de l'électrovanne de contrôle 6 et de i'électro-vanne de sécurité 12 d'arrivée de carburant en phase liquide 3, et la fermeture de l'électrovanne de prélèvement 8 de carburant gazeux. Cette disposition permet d'utiliser le carburant en phase gazeuse durant une période suffisamment courte pour éviter le givrage des canalisations et des organes de raccordement tout en supprimant la nécessité d'un second réservoir contenant de l'essence ou du gasoil.
Le système de prélèvement de carburant en phase gazeuse peut être aménagé de façon à pouvoir être utilisé pour l'alimentation d'appareils de chauffage ou de cuisson dans un "home-car" ou une caravane tractée.
Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires.

Claims

REVENDICATIONS
1°. Dispositif de soutirage gazeux d!un réservoir de gaz de pétrole liquéfié de véhicule pour utilisation au démarrage du moteur, destiné à l'alimentation en combustibles gazeux du type Gaz de Pétrole liquéfié (GPL) des moteurs à explosion, et en particulier des moteurs à explosion recevant normalement un carburant liqui e ledit dispositif comportant d'une double alimentation de gaz liquéfié constituée par I= combinaison, d'une part, d'une canalisation de carburant en phase liquide (3) issue du fond d'un réservoir (1 ) de carburant gazeux liquéfie \2) associée à un système de vaporisation (20) dudit carburant et, d'autre part, d'une canalisation de carburant en phase gazeuse (4) prélevé à la partie haute dudit réservoir, se caractérisant par le fait que la canalisation de carburant en phase gazeuse (4) est destinée à alimenter le moteur durant la période de démarrage, l'alimentation en carburant gazeux étant coupée lorsque le moteur est suffisamment chaud et remplacée par l'alimentation de gaz liquéfié grâce à une électrovanne de contrôle (6) de la sortie en phase liquide et une électrovanne de prélèvement (8) de carburant en phase gazeuse.
2°. Dispositif selon la revendication 1 , se caractérisant par le fait que le réservoir 1 est équipé, en plus des équipements habituels tels que jauge de niveau, soupape de sécurité, etc, d'un embout de prélèvement de carburant en phase gazeuse monté sur la paroi supérieure (9) dudit réservoir et communiquant avec un tube court (10) traversant ladite paroi et aboutissant au-dessus du niveau supérieur (11) au carburant liquéfié (2) de façon à prélever ce dernier en phase gazeuse.
3°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le réservoir (1) est conçu pour se substituer à un réservoir d'essence ou de gasoil. 4e. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que carburant en phase liquide (3) comporte une électro-vanne de sécurité (12) disposée en amont d'un raccord trois voies (13)" sur lequel sont raccordés, outre l'arrivée de carburant en phase liquide, la canalisation de carburant en phase gazeuse (4) et la tubulure (14; alimentant le moteur en carburant gazeux.
5°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'électrovannes de prélèvement (8) de carburant gazeux et la ou les électro-vannes de contrôle (6, 12) de I arrivée de carburant vaporisé sont contrôlées par un système apte à déterminer ie moment où la température du système de vaporisation (20) est suffisante pour assurer le passage en phase gazeuse du carburant prélevé en phase liquide, de façon à provoquer l'ouverture de la ou des électrovannes de contrôle (12) d'arrivée de carburant en phase liquide (3), et la fermeture de l'électrovanne de prélèvement (8) de carburant gazeux ouverte à la mise en route du moteur.
6°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le système de vaporisation (20) du carburant en phase liquide est constitué d'un élément tubulaire (21) dans lequel circule le liquide de refroidissement du moteur de façon à chauffer la canalisation de carburant en phase liquide (3) qui passe à l'intérieur dudit élément tubulaire.
7° \ Dispositif selon la revendication 6, se caractérisant par le fait que, dans le cas d'un moteur marin, en particulier de type hors-bord l'eau de refroidissement du moteur est dirigée vers l'élément tubulaire (21) au moyen d'un support spécifique (22) de thermostat régulateur remplaçant le support existant et permettant de monter une double tubulure (23, 24) reliant ledit support au système de vaporisation (20), ledit support spécifique étant agencé de manière à ce que le débit dans cette tubulure soit contrôlé par le thermostat.
8e Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, se caractérisant par le fait que le système de vaporisation (20) du carburant en phase liquide est constitué d'un élément tubulaire (21) dans lequel circule l'huile de graissage du moteur ou un liquide provenant d'un corps de chauffe électrique externe relié audit système par des canalisation.
9°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, se caractérisant par le fait que l'élément tubulaire (21) est formé d'une enceinte étanche réalisée en matériau isolant déformable.
10°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le système de prélèvement de carburant en phase gazeuse est agencé de façon à pouvoir être utilisé pour l'alimentation d'appareils de chauffage ou de cuisson dans un "home-car ou une caravane.
11°. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que dans le cas de l'utilisation pour un moteur marin, les équipements métalliques sont réalisés en matériaux anticorrosion.
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