Introduction
Le gazogène est un dispositif permettant de produire un gaz combustible à partir de bois ou de charbon. Nous l’évoquons dans d’autres de nos articles. Il a servi à faire fonctionner des véhicules lorsque le pétrole venait à manquer, pendant et après la seconde guerre mondiale par exemple. Nous parlerons dans cet article uniquement du gazogène appliqué à la locomotion. Des installations stationnaires ultra modernes sont déjà utilisées pour produire de l’énergie (électricité et chaleur). Le gazogène appliqué à la locomotion est un exemple particulièrement représentatif du principe de recontextualisation. Mais c’est aussi un exemple tristement représentatif du mimétisme technologique et de la non recontextualisation. En effet, il existe dans le monde une grande communauté de bricoleurs de gazogènes, et pourtant, presque tous utilisent ou suivent à la lettre des plans périmés depuis presque un siècle !
En faisant une recherche sur internet, vous trouverez très facilement, dans la rubrique « images » des moteurs de recherche, d’anciens dessins issus de livres bientôt centenaires.
Il est difficile d’expliquer pourquoi les bricoleurs sont si peu nombreux à se dire que ces plans sont totalement « périmés ». Certains ont néanmoins ajouté des servo-vannes contrôlées par électronique afin d’améliorer le concept, mais aucun ne semble avoir fait le travail de modernisation « global ». De plus, comme l’industrie de la locomotion est dominée par le pétrole, il n’est pas surprenant qu’aucun bureau d’étude n’ai travaillé sur le sujet du gazogène dédié à la locomotion.
Ainsi, certains disent « un véhicule à gazogène, ça prend du temps à démarrer, le ralenti moteur est trop élevé, il faut régler constamment la richesse du mélange, on perd 30% de la puissance d’origine du moteur, etc. »
Il ne semble pas exagéré de dire qu’il est totalement inadmissible d’entendre ces phrases qui sont basées sur une certaine conception ancienne du gazogène, qui n’est jamais remise en question.
Vous êtes-vous déjà posé les questions de savoir comment nous pourrions résoudre tous ces problèmes, en considérant l’âge des plans disponibles ? …
Dans tous les cas, nous l’avons fait et nous vous proposons une solution de modernisation globale du gazogène dédié à la locomotion. Dans cet article nous ne nous préoccuperons pas de la partie production et filtration du gaz, puisque cette partie est souvent déjà traitée par les bricoleurs, mais aussi par les professionnels concevant les installations stationnaires. Il est relativement simple de les extrapoler au contexte du gazogène embarqué. Nous avons toutefois plus ou moins traité certaines de ces étapes dans notre article sur le gazogène stationnaire. De plus, « thermochimiquement » il n’y a pas eu d’avancées récentes qui laisseraient penser qu’une marge importante de progression existerait en ce qui concerne la conception des foyers eux-mêmes. Nous restons cependant prudents avec ce genre d’affirmations, et ne serons en aucun cas vexés de devoir admettre le contraire.
Voici un résumé rapide des solutions que nous proposons, avant d’entrer dans le vif du sujet :
- Casser le lien direct entre le moteur et le gazogène : en effet, en intercalant un compresseur et une réserve entre le gazogène et le moteur, le lien direct qu’a la production de gaz avec le cycle du moteur est cassé. Ainsi, les effets d’irrégularités liés à l’aspect granuleux et aléatoire du foyer du gazogène sont estompés. Il est possible d’utiliser un compresseur dédié à la suralimentation en air dont on détourne l’usage. La pression de la réserve tampon ainsi créée n’a pas la nécessité d’être très élevée, quelques tours de moteur d’avance devraient suffire. Un vaste volume du réservoir tampon devrait également permettre une bonne répartition des différents gaz, créant ainsi un « gaz moyen » de composition relativement constante. Une ancienne bouteille de butane dite « 13 kg » pourrait convenir.
- Utiliser un stockage « longue échéance » pour démarrer instantanément : si l’on comprime du gaz, lors de la phase de fonctionnement normal du gazogène, il est possible de constituer une réserve de gaz nous permettant de démarrer le véhicule instantanément, pendant que le foyer s’allume. Bien évidemment, nous pourrions imaginer utiliser un gazogène stationnaire et comprimer le gaz obtenu dans des bouteilles. Seulement, le gaz que produit un gazogène est dit « pauvre » il contient en effet du CO2, incombustible, et du diazote, lui aussi incombustible. Cela signifie qu’il faudrait dépenser de l’énergie pour comprimer des gaz inutiles. La place qu’ils occuperaient dans les réservoirs réduirait aussi considérablement l’autonomie du véhicule. La pression de stockage nécessaire aux véhicules à gaz naturel, non liquéfiable à température ambiante, est de plusieurs centaines de bars ! Rappelons aussi que le principal gaz combustible que produit un gazogène n’est autre que le monoxyde de carbone, qui est toxique. Ainsi, un stockage massif à haute pression, en plus d’être techniquement sensible, pourrait être particulièrement dangereux. De plus, le dihydrogène, produit également par le gazogène, combustible cette fois, a la fâcheuse tendance à s’infiltrer dans les joints et à fissurer les réservoirs, davantage lorsque la pression est élevée. La stockage sous pression du dihydrogène est un problème complexe et coûteux à mettre en œuvre, mais non impossible pour autant. Ce dernier est utilisé dans les véhicules à pile à combustible par exemple. Il existe aussi des bombonnes de dihydrogène gazeux dans l’industrie et les laboratoires. En résumé, nous sommes restés sur l’idée de développer un gazogène embarqué sur le véhicule, en utilisant tout de même une réserve de démarrage à pression « usuelle ». Une bouteille dédiée au gaz propane (modèle dit « 35 kg ») à 10 bars peut tout à faire faire l’affaire pour parcourir quelques centaines de mètres, laissant le temps au gazogène de démarrer.
- Utiliser la suralimentation en air pour retrouver la puissance d’origine du moteur : dans d’anciens articles des années 40 au sujet des gazogènes, on pouvait lire que les compresseurs étaient des appareils « coûteux et sensibles » et qu’il valait mieux réaléser le moteur et changer la course en remplaçant le vilebrequin si l’on souhaitait retrouver la puissance du moteur à essence d’origine lorsqu’il fonctionnait avec du gaz de bois. Il faut penser, bien évidemment, en lisant de vieux articles, aux contextes dans lesquels ils ont été rédigés. Le terme compresseur désignait en fait les « turbocompresseurs » ou autres compresseurs de suralimentation en air. Il va de soi que, depuis les années 40, les choses ont bien changé. De nos jours, presque tous les véhicules neufs sont équipés de turbocompresseurs ! De ce fait, la solution pour regagner 30% de puissance, parce que le gaz utilisé dans le moteur est pauvre, n’est plus qu’un détail de nos jours. Nous proposons l’usage du turbocompresseur, qui est la solution de suralimentation la plus commune.
- Utiliser une logique de commande électronique : il est évident que nous suggérons l’utilisation d’un microcontrôleur afin d’automatiser le fonctionnement du gazogène embarqué, de telle sorte qu’il n’y ai plus qu’à tourner la clé pour démarrer le véhicule. L’automatisation associée à l’usage d’une réserve « longue échéance » rend ce véhicule presque similaire à ceux fonctionnant au pétrole. La nécessité du décendrage et du nettoyage des filtres reste difficile à éliminer. Le décendrage peut se faciliter par l’utilisation d’une station d’aspiration qui se connecterait à une prise spécifique directement reliée au fond du foyer (ou des foyers s’ils sont multiples).
1.Partie préparation
Pour rappel, nous considérons que le gaz est déjà produit, filtré et correctement refroidi. La partie production du gaz est constituée du gazogène lui même, des filtres, du refroidisseur, du récupérateur de condensats, etc. Cependant, c’est le compresseur volumétrique de notre schéma qui est responsable du débit de gaz, entretenant le fonctionnement de la « partie production ».
1.1 Partie préparation, nomenclature explicative
- 1. Tirette habitacle : elle permet d’agir sur une vanne conventionnelle type gaz, afin d’isoler la réserve longue échéance. Sa fermeture doit être obligatoire pour arrêter le moteur. Elle devra donc être équipée de détecteurs mécaniques de position, non représentés sur le schéma.
- 2. Vanne d’isolement : vanne type gaz évoquée ci-dessus.
- 3. Pressostat compresseur : ce pressostat est celui qui donne la consigne de fonctionnement au compresseur haute pression, lequel n’entre en action que lorsque le gazogène a pris le relais sur la réserve longue échéance, afin de garantir le stockage d’un gaz suffisamment riche.
- 4. Capteur de pression : le capteur de pression, lui, donne au microcontrôleur la valeur de la pression dans la réserve longue échéance. Elle peut ensuite être retransmise à la jauge située dans l’habitacle. Veuillez noter qu’il est totalement proscrit d’utiliser un manomètre qui serait placé dans l’habitacle. En effet, cela voudrait dire qu’un capillaire relierait physiquement le réservoir à l’habitacle, en cas de fuite, cela pourrait se solder par une intoxication mortelle au monoxyde de carbone.
- 5. Électrovanne « exploitation » : l’électrovanne exploitation , commandée par le microcontrôleur, permet de décider des moments d’utilisation de la réserve. Elle se ferme au moment où le gazogène prend le relais, et s’ouvre au démarrage pour utiliser le moteur instantanément.
- 6. Pot décanteur : il a pour fonction de recueillir les condensats issus de la compression du gaz.
- 7. Vanne de purge : manuelle ou automatique, elle permet de purger le pot décanteur.
- 8. Limiteur de pression : c’est un accessoire de sécurité indispensable à tout système de compression, elle peut être équipée d’un détecteur mécanique pour avertir la partie commande (microcontrôleur) d’un éventuel dysfonctionnement.
- 9. Clapet anti retour : même si le compresseur 10 lui même contient un clapet supposé jouer le rôle d’anti retour, il est recommandé d’en utiliser un autre en redondance, dont la qualité peut être indépendante de celle du compresseur.
- 10. Compresseur haute pression : il comprime le gaz dans la réserve, une fois que le gazogène a pris le relais. Les moments d’activations du compresseur peuvent être choisis par la partie commande, notamment si elle reçoit des informations de la part de capteurs tels que la sonde lambda que nous évoquerons dans la partie injection. Ainsi, il est possible de sélectionner une certaine qualité de gaz, utile à l’autonomie et au bon fonctionnement du moteur lors de la phase de démarrage.
- 11. Réserve « longue échéance » : constituée, par exemple, d’une ancienne bouteille de propane, c’est elle qui permet de stocker une partie du gaz, dédié au démarrage instantané du véhicule.
- 12. Capteur de pression : ce capteur de pression est un instrument utile au fonctionnement, il permet notamment d’avoir une idée du niveau de tirage du foyer. C’est à dire que s’il mesure une dépression trop élevée, on peut présupposer une obstruction trop forte du foyer. Au contraire, si la dépression est trop faible, cela peut témoigner d’une défaillance en alimentation en combustible du foyer.
- 13. Compresseur volumétrique : basé sur un compresseur à lobes ou à vis de suralimentation dont l’usage est détourné, c’est lui qui pré-comprime légèrement le gaz, cassant ainsi le lien direct entre le moteur du véhicule et la production du gaz. Il est facile de trouver ce type de compresseur en occasion. Il doit être actionné mécaniquement par le moteur du véhicule. La pression qu’il doit fournir doit être supérieure à la pression de suralimentation en air du moteur. En effet, le gaz devra pouvoir être injecté et mélangé à l’air d’admission, lui même sous pression.
- 14. Bypass : il permet tout simplement de réguler la pression fournie par le compresseur qui est de type volumétrique. S’il s’agissait d’un compresseur centrifuge, alors le bypass ne serait pas nécessaire.
- 14.1 Vanne de bypass : c’est la vanne qui met en communication la sortie du compresseur à son entrée.
- 14.2 Vanne sortie compresseur : c’est cette vanne qui injecte le gaz au réservoir courte échéance.
- 15. Actionneur « allumage en marche » : il permet d’actionner les vannes 15.1 et 15.2 qui permettent de dévier le flux de gaz vers la torchère d’allumage, en traversant directement la turbine 20.
- 15.1 Vanne d’isolement: elle empêche un flux de gaz parasite de traverser les différentes réserves pendant la phase d’allumage.
- 15.2 Vanne d’isolement: elle envoie directement la sortie du compresseur volumétrique vers la turbine centrifuge.
- 16. Clapet anti retour : il empêche notamment le reflux de gaz lors de la phase d’utilisation du réservoir de démarrage.
- 17. Réserve courte échéance : élément central du système, c’est la réserve qui permet la création d’un « gaz moyen » ainsi que l’alimentation régulière du moteur, avec l’aide du régulateur de pression 20.
- 18. Capteur de pression : utile au système de commande et au expérimentations, notamment pour le développement de l’algorithme de régulation de l’injection de gaz, il transmet la valeur de pression du réservoir courte échéance à la partie commande.
- 19. Actionneur « premier allumage » : actionneur de la vanne 19.1.
- 19.1 Vanne de communication : elle permet, lors du premier allumage, à la turbine centrifuge d’aspirer le gaz au travers de son parcours complet, en purgeant ainsi tous les dispositifs traversés, réservoir courte échéance compris.
- 20. Turbine centrifuge d’allumage : elle permet l’allumage du gazogène lorsque le réservoir longue échéance a été purgé et ne contient donc plus assez de gaz pour démarrer le moteur. Dans un tel cas, il faut attendre le temps de chauffe du gazogène pour démarrer le moteur du véhicule.
- 21. Régulateur de pression : mécanique, ce régulateur pilote le bypass du compresseur volumétrique afin de maintenir une pression constante dans le réservoir courte échéance.
2. Partie injection
2.1 Partie injection, nomenclature explicative
- Partie en cours de rédaction.