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FR3071014A3 - Vehicule alimente au gaz naturel liquefie - Google Patents

Vehicule alimente au gaz naturel liquefie Download PDF

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Abstract

Véhicule comprenant un moteur à combustion interne (E) à allumage commandé et un réservoir de combustible (TK) pour alimenter ledit moteur à combustion interne dans lequel ledit combustible est du gaz naturel liquéfié (LNG) et dans lequel ledit moteur à combustion interne comprend des moyens de gazéification (EX) dudit combustible et des moyens pour faire recirculer (EGR) le gaz d'échappement produit par le moteur à combustion interne à travers ledit même moteur à combustion interne, dans lequel lesdits moyens de gazéification et lesdits moyens de recirculation sont thermiquement interconnectés afin de réfrigérer ledit gaz d'échappement recirculé et en même temps favoriser la gazéification dudit combustible.

Description

VEHICULE ALIMENTÉ AU GAZ NATUREL LIQUÉFIÉ
Domaine d'application de l'invention
La présente invention concerne le domaine des véhicules alimentés au gaz naturel liquéfié. État de l'art
Le gaz naturel liquéfié représente toujours plus une solution appropriée pour alimenter des moteurs à combustion interne à allumage commandé, à cause de la faible pollution produite par le méthane et en ce que le méthane liquéfié garantit une bonne autonomie.
Pour liquéfier le gaz naturel, on dépense de l'énergie soit sous forme de compression du gaz, soit sous forme de soustraction de chaleur afin d'en permettre la liquéfaction.
Une telle énergie de liquéfaction a évidemment un coût. Résumé de l'invention
Le but de la présente invention est de profiter de l'énergie de liquéfaction du gaz naturel pendant la consommation de ce même combustible. L' idée de base de la présente invention est de profiter du pouvoir réfrigérant du procédé de gazéification du gaz naturel avant l'injection relative dans le moteur à combustion interne pour refroidir le gaz d'échappement produit par le moteur à combustion interne et le faire circuler jusqu'au collecteur d'aspiration de ce même moteur à combustion interne.
La recirculation du gaz d'échappement est une procédure connue en soi et indiquée avec l'acronyme EGR. Celle-ci a été introduite afin de limiter les températures de combustion dans la chambre de combustion d'un moteur, pour limiter par conséquent, la production de NOx.
La réfrigération du gaz d'échappement est généralement réalisée au moyen d'un échangeur de chaleur du type liquide/gaz, dans lequel circule l'eau de réfrigération du moteur à combustion interne.
Cette eau de réfrigération a généralement une température d'exercice d'environ 90°C et par conséquent les dimensions de l'échangeur sont proportionnées à l'écart thermique entre la température du gaz d'échappement et la température de 90°C et au débit maximum du gaz d'échappement à recirculer.
De manière avantageuse, le gaz naturel liquéfié (LNG) subit une dilatation à une température d'environ -170°C. Avec une source froide similaire, l'échangeur de chaleur qui refroidit le gaz d'échappement recirculé peut avoir des dimensions sensiblement inférieures par rapport à un échangeur de chaleur mis en œuvre selon la technique connue.
En outre, la combinaison de la dilatation du gaz naturel liquéfié et de l'EGR dans le cadre des moteurs à allumage commandé est synergique. En effet, le débit de EGR à recirculer dépend toujours des conditions opérationnelles du moteur qui dépendent à leur tour de la quantité de carburant injecté dans le moteur à combustion interne.
Ce dernier est un moteur dit stoechiométrique, c'est-à-dire tel que le carburant injecté est exactement celui strictement nécessaire pour neutraliser tout l'oxygène introduit dans la chambre de combustion.
Ceci signifie que, étant donné que la température dudit échangeur de chaleur dépend du débit du gaz naturel gazéifié, on obtient une autorégulation de la réfrigération de l'EGR recirculé.
En général, à une majeure partie du gaz d'échappement à recirculer correspond une majeure partie de combustible à gazéifier et à injecter. Donc, non seulement on profite de l'énergie de liquéfaction pour refroidir le gaz d'échappement recirculé, mais on arrive à le refroidir d'une manière constante et toujours proportionnelle aux conditions opérationnelles du moteur à combustion interne.
Un objet de la présente invention est un véhicule comprenant un moteur à combustion interne à allumage commandé et un réservoir de combustible pour alimenter ledit moteur à combustion interne dans lequel ledit combustible est du gaz naturel liquéfié et dans lequel ledit moteur à combustion interne comprend des moyens de gazéification dudit combustible et des moyens pour recirculer le gaz d'échappement produit par le moteur à combustion interne à travers ledit même moteur à combustion interne, dans lequel lesdits moyens de gazéification et lesdits moyens de recirculation sont thermiquement interconnectés afin de refroidir ledit gaz d'échappement recirculé et en même temps favoriser la gazéification dudit combustible. L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon une quelconque combinaison techniquement possible : - lesdits moyens de gazéification comprennent un serpentin de dilatation dudit combustible, physiquement associé à une surface à ailettes, traversée par ledit gaz d'échappement recirculé, - lesdits moyens de gazéification sont thermiquement interconnectés avec lesdits moyens de recirculation au moyen d'un circuit à liquide, - ledit circuit à liquide comprend : o un premier échangeur de chaleur, du type gaz/liquide, défini par un serpentin de dilatation dans lequel on fait circuler ledit combustible, physiquement associé à un faisceau de tuyau dans lequel circule un moyen de transport de liquide, o un deuxième échangeur de chaleur, du type liquide/gaz dans lequel on fait circuler ledit gaz d'échappement recirculé et ledit moyen de transport de liquide. - ledit circuit intermédiaire est thermiquement indépendant d'un circuit de réfrigération du moteur, - ledit circuit à liquide comprend en outre un troisième échangeur de chaleur, du type liquide/liquide, pouvant être raccordé avec un circuit de réfrigération du moteur, - ledit moteur comprend en outre un groupe turbocompresseur comprenant une turbine disposée sur une ligne de décharge du moteur de sorte que la turbine se trouve en aval des moyens de circulation ci-dessus, et dans lequel ladite turbine est du type à géométrie variable, et ici ladite géométrie est disposée pour fonctionner afin d'aider une recirculation dudit gaz d'échappement sur la base d'une température relative, - lesdits moyens pour recirculer le gaz d'échappement comprennent une valve de réglage et dans lequel le véhicule comprend en outre une unité d'élaboration configurée pour surveiller une température du gaz d'échappement recirculé et pour contrôler une géométrie de ladite turbine, et dans lequel ladite unité d'élaboration est configurée pour contrôler la géométrie de ladite turbine au moins sur la base de ladite température du gaz d'échappement recirculé et d'une ouverture de ladite valve de réglage.
Brève description des dessins D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation de cette dernière (et de ses variantes) et des dessins joints proposés à titre purement explicatif et non limitatif, dans lesquels : la figure 1 indique schématiquement une première variante préférée de l'invention ; la figure 2 indique schématiquement une seconde variante préférée de l'invention.
Les mêmes numéros et les mêmes lettres de référence sur les figures indiquent les mêmes éléments ou les mêmes composants.
Dans le cadre de la présente description, le terme « second » composant n'implique pas la présence d'un « premier » composant. Ces termes sont en fait utilisés uniquement par souci de clarté et ne sont pas prévus de manière limitative.
Description détaillée des exemples de réalisation
En référence aux figures, le système objet de la présente invention comprend un moteur à combustion interne E à allumage commandé et par conséquent pouvant être alimenté avec de l'essence ou du gaz. Ce dernier comprend en outre un réservoir TK de gaz naturel liquéfié et par conséquent thermiquement isolé de manière opportune.
Le moteur est alimenté au moyen d'un système d'alimentation J qui peut comprendre par exemple, des injecteurs ou d'autres systèmes d'alimentation du moteur.
Le dispositif comprend un dispositif de gazéification EX qui permet au gaz naturel liquéfié d'être gazéifié en se dilatant.
Il comprend généralement un serpentin EX dans lequel on fait circuler le gaz liquéfié en le dilatant. Selon la présente invention, un tel serpentin est réchauffé au moyen de l'EGR, c'est-à-dire le gaz d'échappement recirculé, par conséquent on définit un échangeur de chaleur CC dans lequel le combustible liquéfié est réchauffé pour la gazéification, alors que simultanément l'EGR est refroidi.
Une valve de réglage est généralement présente (même si elle n'est pas présentée) sur le conduit de recirculation, pour effectuer le réglage sur le débit du gaz d'échappement recirculé.
Un tel échangeur de chaleur peut être du type gaz/gaz, comme représenté sur la figure 1, dans lequel le serpentin est directement brasé sur une surface à ailettes traversée/léchée par le gaz d'échappement recirculé.
En variante, on peut prévoir un circuit intermédiaire à liquide CI avec deux échangeurs de gaz/liquide, interconnectés de manière opérationnelle entre eux par le biais du circuit intermédiaire : un premier échangeur CC pour réchauffer le gaz circulant dans le serpentin EX et un second radiateur CEGR pour refroidir l'EGR.
Selon une première mise en œuvre préférée de cette dernière variante, le circuit intermédiaire est indépendant du circuit de réfrigération CR du moteur à combustion interne.
Selon une seconde mise en œuvre préférée, mieux représentée sur la figure 2 de cette dernière variante, le circuit intermédiaire CI comprend un autre échangeur de chaleur CL du type liquide/liquide pouvant être raccordé avec le circuit de réfrigération CR du moteur à combustion interne. Par conséquent, le circuit intermédiaire et le circuit de réfrigération du moteur sont thermiquement interconnectés.
Cette seconde variante est particulièrement avantageuse dans les conditions de charge maximum du moteur, dans lequel il faut la quantité maximum de combustion à injecter, mais en même temps, il faut une quantité réduite de EGR à recirculer.
Dans de telles conditions, dans lesquelles le moteur génère une grande quantité de chaleur, une telle chaleur en excès peut être cédée au serpentin EX à travers le circuit de réfrigération CR, dans un premier temps, et le circuit intermédiaire CI ensuite, alors que le débit de l'EGR à réfrigérer est réduit ou en général annulé.
De préférence, le circuit intermédiaire prévoit une circulation du liquide porteur intermédiaire, afin de réfrigérer dans un premier temps le circuit de réfrigération CR du moteur et ensuite l'EGR à recirculer.
Le dispositif peut comprendre un groupe turbocompresseur TC présenté uniquement par souci de commodité sur la figure 1.
Il comprend une turbine T mise en rotation par le gaz d'échappement et un compresseur C guidé en rotation par la turbine pour comprimer l'air frais à l'entrée du moteur E. Par conséquent, comme on le sait, le compresseur est sur la ligne d'aspiration IP et la turbine est sur la ligne de décharge EP. Le groupe TC et le conduit de EGR sont disposés afin de réaliser un circuit de régénération de haute pression, par conséquent, un tel conduit se trouve en amont de la turbine et en aval du compresseur.
Selon une variante préférée de 1'invention, la turbine du groupe turbocompresseur est à géométrie variable et le réglage de la turbine est réalisé également sur la base de l'EGR recirculé. Généralement, la turbine est réglée en fonction de la suralimentation requise, alors que généralement le réglage de l'EGR dépend de la réduction des NOx que l'on souhaite réaliser. A partir du moment où la gazéification du combustible dépend également de l'EGR recirculé, la turbine à géométrie variable, selon la présente invention est réglée également en fonction de l'ouverture de la valve de l'EGR.
Dans ce but, l'unité d'élaboration du moteur à combustion interne est configurée pour régler la turbine du groupe turbocompresseur également en fonction de l'ouverture de la valve de l'EGR et de la température du gaz d'échappement recirculé.
Il existe des variantes de réalisation possibles à l'exemple non limitatif décrit, sans pour autant sortir de la portée de protection de la présente invention, comprenant toutes les réalisations équivalentes pour l'homme du métier.
Lorsque, dans certaines conditions opérationnelles du moteur, il arrive que l'équilibre entre l'EGR recirculé et le combustible gazéifié doive être vers une réfrigération excessive de l'EGR, la recirculation du gaz d'échappement peut être aidée au moyen d'un réglage opportun de la géométrie variable de la turbine.
Par conséquent, elle peut être réglée sur la base d'un capteur de température disposé sur l'échangeur CC, selon la figure 1 ou bien sur l'échangeur CERG selon la figure 2. En fait, en connaissant la température du gaz d'échappement recirculé, on peut calculer indirectement une différence de pression nécessaire pour permettre au gaz d'échappement d'entrer dans le conduit d'aspiration IP du moteur, en prenant en considération la pression générée, par le compresseur. D'après la description reportée ci-dessus, l'homme du métier est en mesure de réaliser l'objet de l'invention sans introduire d'autres détails de construction. Les éléments et les caractéristiques illustrés dans les différents modes de réalisation préférés, y compris les dessins, peuvent être combinés entre eux sans pour autant sortir de la portée de protection de la présente demande. Ce qui est décrit dans le chapitre relatif à l'état de la technique n'est prévu que pour une meilleure compréhension de l'invention et ne représente pas une déclaration d'existence de ce qui est décrit. En outre, si ce n'est pas spécifiquement exclus dans la description détaillée, ce qui est décrit dans le chapitre de l'état de l'art est à prendre en considération comme faisant partie intégrante de la description détaillée.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Véhicule comprenant un moteur (E) à combustion interne à allumage commandé et un réservoir de combustible (TK) pour alimenter ledit moteur à combustion interne dans lequel ledit combustible est du gaz naturel liquéfié (LNG) et dans lequel ledit moteur à combustion interne comprend des moyens de gazéification (EX) dudit combustible et des moyens pour recirculer (EGR) le gaz d'échappement produit par le moteur à combustion interne à travers ledit même moteur à combustion interne, dans lequel lesdits moyens de gazéification et lesdits moyens de recirculation sont thermiquement interconnectés afin de réfrigérer ledit gaz d'échappement recirculé et en même temps favoriser la gazéification dudit combustible.
  2. 2. Véhicule selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de gazéification (EX) comprennent un serpentin (EX) de dilatation dudit combustible, physiquement associé à une surface à ailettes, traversée par ledit gaz d'échappement recirculé.
  3. 3. Véhicule selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de gazéification (EX) sont thermiquement interconnectés avec lesdits moyens de recirculation au moyen d'un circuit à liquide (CI).
  4. 4. Véhicule selon la revendication 3, dans lequel ledit circuit à liquide (CI) comprend : un premier échangeur de chaleur (CC), du type gaz/liquide, défini par un serpentin (EX) de dilatation dans lequel on fait circuler ledit combustible, physiquement associé à un faisceau de tuyau dans lequel circule un moyen de transport de liquide, un deuxième échangeur de chaleur (CEGR), du type liquide/gaz dans lequel on fait circuler ledit gaz d'échappement recirculé et ledit moyen de transport de liquide.
  5. 5. Véhicule selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit circuit intermédiaire est thermiquement indépendant d'un circuit de réfrigération (CR) du moteur (E).
  6. 6. Véhicule selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit à liquide (CI) comprend de plus un troisième échangeur de chaleur (CL), du type liquide/liquide, pouvant être raccordé avec un circuit de réfrigération (CR) du moteur.
  7. 7. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit moteur (E) comprend de plus un groupe turbocompresseur (T, C) comprenant une turbine disposée sur une ligne de décharge du moteur (E) de sorte que la turbine est en aval desdits moyens de recirculation ci-dessus, et dans lequel ladite turbine (T) est du type à géométrie variable, et ici ladite géométrie est disposée pour fonctionner afin d'aider une recirculation dudit gaz d'échappement sur la base d'une température relative.
  8. 8. Véhicule selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens pour recirculer le gaz d'échappement comprennent une valve de réglage et dans lequel le véhicule comprend de plus une unité d'élaboration configurée pour surveiller une température de gaz d'échappement recirculé et pour contrôler une géométrie de ladite turbine, et dans lequel ladite unité d'élaboration est configurée pour contrôler la géométrie de ladite turbine au moins sur la base de ladite température de gaz d'échappement recirculé et d'une ouverture de ladite valve de réglage.
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