Brevet FR2027382A1 — publié le 19700925

L'invention concerne un carburateur d'injection avec un gicleur débouchant dans le tuyau d'admission d'un moteur à combustion interne, et muni d'un pointeau qui vibre dans la direction d'écoulement du carburant. A cet effet, le pointeau est maintenu contre un siège par un dispositif à ressort et soumis à l'action d'une pression pulsatoire d'alimentation en carburant, la tension moyenne du ressort étant réglable pendant le fonctionnement du carburateur. Ce type de carburateur possède la particularité de produire un degré élevé de vaporisation du carburant et de mélanger intimement le carburant avec l'air de combustion, le résultat en étant l'obtention d'une meilleure combustion et, de ce fait, une plus grande économie de carburant et des gaz d'échappement plus propres.Cependant, le réglage d'un tel carburateur soulève un certain nombre de problèmes, par exemple la régulation du débit de carburant de manière à assurer une composition correcte du mélange avec l'air, ce pourquoi il faut tenir compte du débit d'air d'admission, de la température et de la pression barométrique, ce dernier facteur n'étant nullement le moins important dans un pays montagneux. Un régulateur dans lequel on n'a pas suffisamment tenu compte de ces facteurs a pour résultat que le carburateur ne peut pas remplir sa mission correctement, du fait que, bien que le carburant soit parfaitement vaporisé et mélangé avec l'air, le débit peut être trop élevé ou trop faible et ainsi donner un mélange ayant une mauvaise composition. L'objet de l'invention est de résoudre le problème mentionné ci-dessus. La solution adoptée est basée sur le fait connu qu'avec un rapport de mélange constant et une température d'admission constante, la consommation de carburant d'un moteur est directement proportionnelle au produit de la vitesse de rotation du moteur par la pression absolue en aval du papillon des gaz. Ce but est atteint grâce au fait que le carburateur suivant l'invention comporte des moyens sensibles à la pression absolue de l'air dans le tuyau d'admission au-delà d'un papillon de régulation d'admission et qui, en fonction de cette pression agissent sur la tension du dispositif à ressort, ce qui a pour résultat que la fréquence de pulsation du débit de carburant est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. L'invention va maintenant être décrite plus complètement avec référence aux dessins annexés sur lesquels ta figure 1 est une coupe longitudinale d'un carburateur sui vant l'invention. La figure 2 représente un détail de la figure 1 à plus grande échelle. Les figures 3 à 5 sont des graphiques montant les relations entre les divers paramètres du carburateur. Les figures 6 et 7 sont des coupes longitudinales de deux autres modes de réalisations d'un carburateur suivant l'invention. La figure 8 est une vue latérale d'un autre mode de réalisation muni d'un compensateur de température. La figure 9 est une coupe par IX-IX de la figuré 8. Un mode de réalisation de l'invention choisi comme exemple est représenté schématiquement sur la figure 1, qui-montre un carburateur monté dans le tuyau d'admission 1 d'un moteur à combustion interne. A l'extrémité supérieure 2 du tuyau d'admission est relié un filtre à air non représenté, et l'extrémité inférieure 3 de ce tuyau est raccordée à une ou plusieurs lumières d'admission aux cylindres du moteur pas davantage représentées. Les flèches indiquent la direction d'écoulement de l'air et du mélange carburant/air, suivant le cas, Au dessous d'un papillon d'air 4, le tuyau d'admission forme un boîtier de carburateur 5 qui se termine par un venturi 6 à son extrémité inférieure. Un tuyau d'alimentation en carburant 7 traverse la paroi du bottier du carburateur jusqu'à un gicleur 8.Comme on peut le voir plus facilement sur la figure 2, ce gicleur est muni d'un clapet consistant en un pointeau 9 et un siège 10. Le pointeau est supporté par une sorte d'étrier 11, et est maintenu appliqué sur le siège par un ressort 12. Le carburant est amené au gicleur sous une pression pùlsa- toire-appliquée par un générateur d'impulsions 13, c'est-à-dire un dispositif pour séparer un courant de carburant en "vagues" distinctes ayant la dimension et la fréquence désirée, qui est dans le cas une pompe à piston appropriée. Le carburant peut être fourni au générateur d'impulsions par une pompe spéciale, ou bien encore le générateur d'impulsions peut pomper lui-même le carburant dans le réservoir. Le générateur d'impulsions 13 représenté figure 1 comprend un cylindre 14 muni d'un piston 15 composé d' une partie antérieure 16 et d'une partie postérieure 17 reliées de manière fixe par une tige 18. Le piston est actionné en va et vient rapide par un excentrique 19.Ce dernier est entraSné par le moteur, de sorte que la fréquence est proportionnel à la vi teaae de rotation du moteur. La course de retour du piston est commandée par un ressort de rappel 20 tendu entre un siège fixe 21 dans le cylindre et un épaulement 22 sur la tige 18. Le générateur d'impulsions est muni d'un régulateur de pression sous la forme d'un accouplement à ressort entre le piston 15 et l'excentrique 19. Le mouvement est transmis de l'excentrique au piston par l'intermédiaire d'un axe 23 monté de manière coulissante par rapport au piston. Un ressort régulateur de pression 24 est monté entre le piston 15 et un collier 25 sur l'axe 23.Le régulateur de pression sert à faire varier la longueur de la course du piston en fonction de la contre-pression dans é gicleur 8, ou, en d'au trea termes, à adapter. la valeur des pulsations à la force qui sollicite le corpa du clapet vers son siège. Le carburant est amené du générateur d'impulsions depuis une canalisation 26 par l'intermédiaire d'un clapet de retenue 27 et envoyé par vagues dans la canalisation 7, comme indiqué par la flèche tiretée, par l'intermédiaire d'un clapet de retenue 28. Les pulsations dans l'écoulement du liquide produisent et entretienne*des vibrations du pointeau (chaque pulsation donne naissance à une oscillation amortie du pointeau, le soulevant du siège et l'y ramenant). Ces vibrations sont d'une importance essentielle pour le fonctionnement du carburateur.L'amplitude maximale de vibration dépend de la tension du ressort 12 et, conjointement avec la fréquence de pulsation, détermine le débit de carburant. Le dispositif de régulation, qui est la caractéristique distinctive de l'invention, se compose d'un anéroïde à boîtier 29. Dans le présent cas, il a une forme annulaire avec des parois extrêmes 30, 31, et des parois en forme de soufflet 32,33 enfermant une chambre à vide. le soufflet forme un ressort en accordéon, de sorte que le bottier est comprimé, contre l'effet de ce ressort, sous l'action de la pression atmosphérique ambiante. L'anéroïde est installé en aval du papillon d'air 4, avec sa paroi extrtme 31 supportée sur une base fixe 34 dans le bottier 5 du carburateur. La paroi extrême 30 est reliée au ressort 12 par un élément 35 disposé co-axialement à l'anéroïde et ayant la forme d'une vis qui traverse la paroi 30, par rapport à laquelle elle est réglable au moyen d'un écrou 36. La force de ressort du soufflet 32,33 est augmentée par un ressort de compression 37 appelé ci-après le ressort d'aneroide. L'anéroïde répond à la valeur absolue de la pression statique dans le tuyau d'admission en aval du papillon; la pression dynamique du courant d'air est négligeable, notamment en raison du fait que le tuyau d'admission est élargi autour de l'a néroTde. Etant donné que l'anéroïde mesure la pression absolue, le carburateur tient automatiquement compte de variations dans l'in- dication du baromètre. On va maintenant démontrer que le carburateur décrit ei-dessus fournit effectivement au moteur le débit de carburant requis conformément à l'argumentation introductoire qui précède. Si l'on désigne par 2 la pression dans le cylindre 14, par D le diamètre du cylindre, par x la course du piston 15, par y la course de l'excentrique, par or la constante élastique, par Fir la tension préalable du ressort de rappel 20, par ct la constante élastique et par F't la tension préalable du ressort régulateur de pression, l'équation d'équilibre pour le système sera : p #D + F'1r + crx = F't - ct (y - x) = 0 ce qui donne : L'équation suivanteest alors valable pour le gicleur 8 brsque la levée du corps de clapet est faible : où Fk est la force d'assise du corps de clapet, c'est-à-dire la tension du ressort de clapet, et d est le diamètre intérieur du siège de clapet. En substituant (2) dans (1), on obtient : x = F't + F"r + cty - Pk (D/d) ct + cr Mais la course de l'excentrique, y, est constante, de sorte que l'équation ci-dessus devient : x = k1 - k2 Fk (3), où k1 et k2 sont des constantes. De ce fait, x est une fonction linéaire de Fk (à condition que les ressorts aient une caractéristique linéaire). Le débit d'essence 3 = #D . x . n #B . #V (4), où n est la vitesse de rotation de l'excentrique, sV le rendement volumétrique du générateur d'impulsions et e3 la densité du carburant. En supposant que #V et pB sont constantes (#B dépend naturellement de la température du carburant, et si une compensation est estimée nécessaire, un réchauffeur peut être monté pour maintenir constante la température du carburant), B est une fonction linéaire de Fk et de n, sous la forme B = (k3 - k4 Fk) . n - (5) Cette relation, à savoir le débit de carburant en fonction de la tension du ressort de clapet et de la fréquence du générateur d'impulsions, est représentée graphiquement sur la figure 3. La figure 4 montre la consommation de carburant pour un moteur idéal, en fonction de la pression absolue a dans le tuyau d'admission en aval du papillon d'air, et de la vitesse de rotation du moteur nm. Si, à l'aide des graphiques qui précèdent, on trace maintenant la courbe de la tension Fk du ressort de clapet en fonction de Pa/Pa max' on constate que Fk est une fonction linéaire de a seul, comme on le voit sur la figure 5.Fk peut ainsi être exprimé comme une fonction de Pa sous la forme Fk = C1 - C2Pa (6) Si l'on suppose que la tension préalable du ressort d'anéroi- de 37, y compris celle du soufflet 32 et 33 est F' a et que la constante élastique, y compris ici aussi le soufflet, est ca si l'on suppose en outre que la constante élastique du ressort de clapet 12 est ck et sa tension préalable F'k lorsque le déplacement z de la paroi extrême 30 est nul (z = O), et si l'on suppose enfin que la pression absolue dans l'anéroïde est nulle et que la surface de la paroi extrême au-dessus de ia chambre d'anéroïde est A, l'état d'équilibre avec z f 0 est :: PaÂ + Fk - (? a - c a z) = 0 (7), mais Fk F' k + ckz (8) De ce fait, en combinant (7) et (8) et en simplifiant, on obtient Ainsi, Fk est une fonction linéaire de a de la forme Fk = 2 a (10), ce qui est la même relation que celle donnée par l'équation (6). Ceci démontre que le carburateur suivant l'invention emploie un principe de régulation qui, compte tenu des divers facteurs conditionnés par des considérations relatives à l'admission, est théoriquement correct, tout au moins pour un cas un peu idéalisé. Mais en dépit d'hypothèses simplificatrices, par exemple une ca ractéristique du moteur linéaire, ce carburateur s'est avéré, dans la pratique, donner un rapport de mélange qui est suffisamment correct (rapport air/carburant entre 14 et 17) pour assurer de faibles teneurs en CO et HC dans les gaz d'échappement. Dans le cas où une compensation de variations dans la température de l'air serait jugée nécessaire, le carburateur décrit ici pourrait naturellement être associé à un dispositif pour maintenir constante la température de l'air d'admission, comme par exemple un étrangleur de mélange commandé par thermostat et servant à dériver une proportion variable de l'air d'admission vers une chambre de chauffage montée autour du tuyau d'échappement. Dans chacun des modes de réalisation pratiques de l'invention représentés sur les figures 6 à 9, un carburateur est monté dans le tuyau d'admission 101 d'un moteur à combustion interne. À l'extrémité supérieure 102 du tuyau d'admission est monté un filtre à air non représenté, et à l'extrémité inférieure 103 sont raccordées des lumières d'admission avec cylindres du moteur pas davantage représentées. Au dessous d'un papillon 104, le tuyau d'admission forme un bottier de carburateur 105. Une canalisation d'alimentation en carburant 107 traverse la paroi du bottier du carburateur pour arriver à un gicleur 108. Ce gicleur est muni d'un clapet composé dtun pointeau 109 et d'un siège 110. Le pointeau est supporté à son extrémité par une tige 111, qui est montée dans des paliers 112 disposés dans une douille 113 montée de manière fixe dans le boiter. Les paliers 112 sont en une matière à faible friction, par exemple du polytétrafluoréthylène ou la matière vendue sous la marque "Ferobestos" (matière plastique à base de phénol-formaldéhyde renforcée par du tissu d'amiante). Le pointeau 109 est appliqué avec une force réglable contre le siège 110 par un ressort 117. Le carburant est envoyé au gicleur comme dans la réalisation précédemment décrite. Le régulateur suivant l'invention, pour le réglage de la for ce avec laquelle le pointeau est appliqué contre le siège en fonction de la demande en carburant est, comme dans la réalisation précédemment décrite, un anéroïde à capsule 114, mais dans ce cas il est disposé dans un bottier 115 à côté du tuyau d'admission au lieu de se trouver dans ce dernier. Ceci est possible parce que le gicleur est perpendiculaire au tuyau d'admission. Le bottier d'anéroïde 115 communique avec le bottier du carburateur par des ouvertures 116, de sorte que la valeur absolue de la pression statique dans le boitier du carburateur peut influencer l'anéroI- de dans lequel un vide existe. Dans la réalisation de la figure 6, le ressort pour maintenir le pointeau solidement appliqué contre le siège et le ressort de l'anéroïde ont été combinés en un seul et même ressort, à savoir le ressort de l'anéroïde 117. Comme le montre la figure 6, la botte 114 est montée avec sa paroi ee ezze 8 reliée directement extrême à la tige 111, et avec son autre paroi reliée à un support 119. Pour le positionnement fondamental du régulateur, ce support est monté de manière coulissante au moyen. d'une tige 120, dans le bottier 115. Une vis de réglage 121 est vissée dans le bottier et porte contre l'extrémité libre de la tige 120. Un couvercle 122 protège la vis de réglage. Quand l'anéroide, sur son côté extérieur, est soumis à la pression absolue régnant dans le tuyau d'admission, la paroi 118 exerce sur la tige 111 une force inversement proportionnelle à cette pression, grace à quoi la force moyenne exercée sur le pointeau est modifiée suivant la pression de l'airs le débit de carburant augmente si la pression de l'air augmente, et diminue si la pression de l'air diminue. Ainsi, dans ce cas, il y a une liai son qui transmet la force entre l'anéroïde et la tige du pointeau Ceci distingue cette réalisation de celle des figures 1 et 2, Dans le mode de réalisation de la figure 7, l'anéroïde 114 actionne la tige 111 par l'intermédiaire d'un ressort 123. Ainsi, ici les fonctions des ressorts ne sont pas combinées dans un seul et même ressort comme dans le cas de la figure 6.Pour guider le mouvement du régulateur, un piston 124 est monté entre le boîtier d'anéroIde et le ressoet du pointeau, et ce piston coulisse dans un guide axial 125. Dans ce cas, le réglage de base est effectué par déplacement du gicleur 108. Le piston 124 est actionné par la pression absolue régnant dans le tuyau d'admission par l'intermédiaire des ouvertures 116, grGce à quoi, dans le cas d'une pression croissante* l'anéroïde est comprimé à un degré correspondant, et la tension du ressort 123 diminue et a pour résultat une augmentation du débit de carburant. Le fait que le ressort d'anéroIde a été représenté sur les dessins comme un ressort séparé 117 ne signifie évidemment pas que le ressort monté dans les parois du soufflet d'une manière ordinaire doit être complété par un ressort additionnel, mais le ressort 117 doit être considéré comme un symbole de ce ressort, éventuellement complété par un ou plusieurs ressorts d'anéroide. Dans le mode de réalisation des figures 8 et 9, on a prévu en outre une compensation des variations de la température de l' air de combustion. Cette réalisation procède de la construction suivant figure 6, avec une liaison transférant la force entre l'a néroIde 114 et la tige 111. À la place d'un support réglable manuellement, la boite d'anéroïde est en contact avec un support ayant la forme d'un axe 126 qui peut coulisser sous l'influence d'un compensateur de température 127. Celui-ci consiste en un é lément sensible 128 ayant une longueur dépendant de la température, et en un élément de transfert de mouvement 129 entre l'élément sensible 128 et l'axe 126.L'élément sensible 128 est dans ce cas un soufflet rempli d'un liquide approprié, par exemple du toluène, et l'élément 129 possède une surface oblique par rapport à la direction de son mouvement, en contact avec l'axe 126, qui, à cet effet, possède une surface extrême' oblique. L'élément 129 a la forme d'un coin ou, comme représenté,A'un tronc de ctne interposé entre deux parties extrêmes cylindriques, coulissant dans un bof- tier 130 et sollicite par un ressort de compression 131 vers le soufflet 128. Pour le réglage de base, une vis 132 est prévu. dans la paroi supérieure du boîtier 130 et est en contact avec une paroi extrême t33 du soufflet 128.Un ressort compensateur de jeu 134 est monté entre la tête de la vis et la paroi supérieure du boîtier, et un couvercle de protection 136 entoure la téte de la vis. Le bol- tier 130 est ventilé par des trous 136. L'élément sensible 128 est actionné par la température de 1' air et déplace l'élément 129 vers le bas de la figure 9 lorsque la température augmente. De ce fait, l'axe 126 est appliqué contre l'anéroïde 114 et la tige 111 contre le siège, ce qui a pour résultat une réduction du débit de carburant. Lorsque la température diminue, les opérations s'effectuent dans l'ordre inverse. La réduction du mouvement de l'élément sensible par l'intermédiaire de l'élément 129 a été introduite parce que l'influence de la tempe rature sur le débit du carburant doit être considérablement moindre que celle de la pression. L'invention n'est naturellement pas limitée aux réalisations décrites. Ainsi, l'anéroïde peut être d'un type tout à fait différent (un anéroïde de Bourdon, par exemple). REVENDICATIONS 1. Carburateur muni d'un gicleur (8,108) qui débouche dans le tuyau d'admission (1,101) d'un moteur à combustion interne et est muni d'un pointeau (9,109) qui vibre dans la direction de l'écoulement du carburant et est à cet effet appliqué contre un siège (10,110) par un ressort (12, 117, 123) et est soumis à l'action d'une pression pulsatoire de carburant, la tension du ressort étant réglable pendant le fonctionnement du carburateur, caractérisé par un dispositif (29, 114) sensible à la pression absolue de l'air dans le tuyau d'admission (1,101) en aval d'un papillon de réglage d'admission d'air (4, 104)'et qui, en fonction de cette pression, agit sur la tension du ressort précité (12,117, 123), et caractérisé également en ce que la fréquence de pulsation de débit de carburant est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. 2. Carburateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif sensible à la pression consiste en un anéroïde (29,114) relié au ressort (12, lut7, 123) de manière à transmettre les forces. 3. Carburateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'anéroïde (29) est un anéroïde à boîtier monté dans le tuyau d'admission (1) en aval du papillon (4) et en amont du gicleur (8), avec une de ses parois extrêmes (31) fixe par rapport au tuyau d'admission (1) et l'autre paroi extrême (30) reliée au dispositif à ressort (12). 4. Carburateur suivant la revendication 3, dont le gicleur est dirigé vers l'intérieur, en direction du moteur, caractérisé en ce que la paroi extrême dirigée vers l'extérieur (30) du boi- tier d'anéroïde (29) est reliée à un dispositif composé d'un ressort de traction (12), et en ce que le boitErd'anéroide (29) est annulaire et concentrique à ce ressort (12). 5. Carburateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la traction du ressort dans les parois du soufflet (32,33) du boîtier d'anéroïde est complétéepar un ressort de compression (37) concentrique à ce boitier. 6. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la paroi et*rême dirigée vers l'extérieur (30) du boîtier d'anéroïde (29) est reliée au dispositif à ressort (12) par l'intermédiaire d'un élément, par exemple une vis (35) et un écrou (35), réglable par rapport à ladite paroi ex tri (30). 7. Carburateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif à ressort consiste en un ressort de compression (117,123), qui prend appui contre une tige (111) portant le pointeau et capable d'exécuter un mouvement axial qui la rapproche et l'éloigne du siège (110), et en ce que l'anéroïde consiste en un anéroïde à boîtier (114) dont une extrémité (118-) est reliée de manière à transmettre les forces à la tige du pointeau (111) et dont l'autre extrémité repose contre un support (119,126). 8. Carburateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'anéroïde (114) est disposé sur le c8té du tuyau d'admission (101) dans un boîtier (115) communiquant avec ce tuyau, le gicleur (108) étant dirigé perpendiculairement au tuyau d'admission. 9. Carburateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le ressort de compression est constitué par le ressort (117) de l'anéroïde lui-même, la première extrémité (118) du boîtier d'anéroïde (114) reposant directement contre la tige (111) du pointeau. 10. Carburateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le ressort de compression (123)'est disposé entre la tige de pointeau (111) et l'anéroïde (114). 11. Carburateur suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'un piston (124) est disposé entre le ressort de compression (123) et l'anéroïde (114) dans un guide axial (125). 12. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le support (119) de l'anéroïde (114) est réglable dans le sens axial de l'anéroide. 13. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le siège (110) est réglable dans la direction de l'injection. 14. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par un compensateur de température ( & 7) qui déplace le support (126) de l'anéroïde en direction de l'anéroïde (114) en fonction delta température environnante. 15. Carburateur suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le compensateur de température (127) consiste en un élément sensible (128) dont la longueur dépend de la température, en en un dispositif de transfert de mouvement (129) disposé entre l'élément sensible et le support (126) de l'anérolde. 16. Carburateur suivant la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif de transfert de mouvement consiste en un élément mobile (129) relié à l'élément sensible (128) et ayant une surface oblique par rapport au sens du déplacement, surface contre laquelle porte l'extrémité d'un axe (126) mobile dans une direction perpendiculaire au sens du déplacement de l'élément et relié au support de l'anéroïde ou consistuant ce support. 17 - Carburateur suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'élément mobile (129) est poussé contre l'élément sensible (128) par un ressort de compression (131). 18 - Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que l'élément sensible consiste en un soufflet (128) rempli d'un liquide approprié, par exemple du toluène. 19 - Carburateur suivant l'une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé par un élément de réglage commandé manuellement (131) et qui prend appui contre l'élément sensible (128).