Brevet FR2014520A1 — publié le 19700417

La présente invention vise un appareil destiné à réduire la fumée blanche après un démarrage à froid et à améliorer la ca- pacité de conservation thermique des noteurs diesel, et ce en particulier pour les véhicules.Lorsqu'on démarre dans des conditions de température extrêmement basse, il est difficile d'atteindre rapidement à une bonne combustion, r une combustion incomplets ou une non-inflammabilité dans l'un ou plusieurs cylindres se traduit par la formation de fumée blanche, laquelle est due au com- bustible non brftlé. Sa outre, il est difficile d'atteindre et de maintenir une température suffisainent élevée de l'eau de refroidissement lorsque le moteur tourne avec une charge réduite, ce qui se traduit, en particulier dans les autobus, par un chauffage insuffisant pour les passagers. Avec des résultats variables, diverses mesures ont été proposées afin de réduire la funés blanche après le démarrage 8 froid. Etant donné que l'allumage suppose an certain degré de tem- pérature suffisamment élevé de l'air comprimé dans le cylindre, on a proposé diverses solutions quant au pré chauffage de l'air d'en- trio Par exemple, en peut avoir recours à des éléments de chauffage électrique nais en raison des grandes déperditions de chaleur dues au refroidissement et qui se produisent dans le collecteur d'admission et les cylindres ces éléments requibrent une puissance si élevée et pendant un temps si long, que la capacité des batteries du véhicule s'avère ttre insuffisante et qu'il faut faire appel à une source extérieure d'énergie. On peut supprimer la nécessité d'en appeler à une seurce extérieure d'énergie en utilisant des bougies de préchauffage dans le collecteur d'admis- sien, au moyen desquelles l'huile diesel est brûlée, et les gaz d'échappement de même que l'air sont aspirés à l'intérieur des cylindres.Toutefois, ce dispositif demande tout à la fois un système électrique pour allumer la flamme ainsi qu'un système de carburation, si bien que la fiabilité de l'opération est peu satisfaisante, sans compter qu'il est difficile de maintenir une combustion régulière lorsque la vitesse du moteur augmente après le démarrage. Une autre façon de procéder au préchauffage de l'air d'admission consiste à installer un dispositif spécial d'air chaud, au moyen d,uquel l'air chaud est soufflé à l'intérieur du tuyau d'admission mais, sur un moteur suroompressé en particulier, où l'air doit d'abord passer à travers un compresseur, les déper ditions de chaleur dues au refroidissement sont tellement élevées que l'effet en est insignifiant durant les premières minutes proprement critiques. Les mesures susmentionnées destinées à réduire la fumée blanche après le démarrage à froid au moyen du pré chauffage de l'air d'admission constituent une amélioration, pour autant que soit réalisé un allumage régulier dans le cylindre, mais en fin de compte le problème d'ensemble ntest pas résolu. Jusqu'ici, la seule solution véritable a consisté à réchauffer tout le moteur au-dessus d'une certaine température, ce qui signifie que, mis à part la température requise dtallumage, les parois de la chambre de combustion doivent atteindre une certaine température afin d'éliminer complètement la fumée blanche. Toutefois, tant du peint de vue du cotit que de l'espace, cette alternative ne peut toujours Outre utilisée et, on outre, cela se traduit par une perte de temps considérable au démarrage. L'installation d'un appareil conforme à la présente invention signifie l'obtention rapide de gaz d'échappement exempt de fumée, un temps de chauffage initial, et la possibilité de main- tenir une température normale de l'eau de refroidissement, même au ralenti. La caractéristique essentielle du dispositif est constituée par une soupape de régulation de la pression montée dans le tuyau d'échappement, et disposée de telle sorte qu'elle puisse maintenir les gaz d'échappement du moteur dans le tuyau d'échappe- ment sous une contre-pression réglable, lors de l'admis n simul- tanée du combustible dans le moteur. Grâce à la contre-pression dans le tuyau d'échappement l'air d'admission est mélangé avec les gaz d'échappement brtlants refoulés vers le moteur et, en conséquence, la température de l'air s'élève. En même temps, la concentration d'oxygène décrott, mais la teneur en oxygène de l'air présent dans le cylindre est toujours suffisante que pour assurer la combustion complète du combustible injecté. La limite admissible de la contre-pression dépend de la force exercée par les ressorts sur les soupapes d'échappement, étant donné que ces soupapes peuvent ne pas s'ouvrir sous l'action de la contre-pression, ce qui se traduirait une fois de plus par un comportement irrégulier et la formation de fumée. En règle générale, les soupapes d'échappement s'ouvrent sous une contre-pression d'une surcompresaion d'environ 2,5 atmosphères, et c'est pourquoi la contte-pression dominante dans le tuyau d'échappement e doit pas normalement excéder une compression de 2 atmosphères. Ces chiffres peuvent naturellement varier en fonction de la dimension de la soupape, ainsi que de la force exercée par ressort. La contre-pression régnant dans le tuyau d'échappement fait que le moteur tourne avec une certaine charge g alors même qu'aucune puissance de sortie n'est exercée. Ceci conduit à un certain accroissement de la consommation du combustible ainsi que de la température des parois de la chambre de combustion. En consé quence, la température de l'eau de refroidissement s'élèvera rapi durent et, ntme au ralenti, une chaleur suffisante est engendrée afin de satisfaire les besoins immédiats, comne par exemple le bien-ttre des passagers d'un autobus. Afin de maintenir une contre-pression essentiellement constant, on utilise de préférence une soupape annulaire, qui est pressée contre un siège par un dispositif élastique tel qutun piston ou un soufflet actionné pneumatiquement et dont on peut régler la contre-pression nécessaire au moyen de l'agent de pression, mais une soupape b ressort peut également faire l'affaire. La présente invention sera décrite plus on détail à titre illustratif en se référant au dessin ci-annexé, sur lequel: la fig. i est une vue en coupe transversale d'une chambre à combustion raceordée à un tuyau d'échappement des gaz en provenance d'un meteur et munie d'une soupape réglable au moyen d'un dispositif de cylindre à piston, la fig. 2 est une une vue on coupe transversale d'une chambre similaire et d'une soupape réglée au moyen d'un soufflet. Dans un tuyau d'échappement des gaz en provenance d'un moteur diesel, une chambre i est montée avec un orifice d'admission 2 situé près du moteur. Un diffuseur 3, s'élargissant coniquement, s'étend à l'intérieur de la chambre. L'extrémité du diffuseur, à l'opposé de l'orifice d'admission, se présente sous la forme d'un siège 4 destiné à un dispositif de soupape 5. La soupape peut se déplacer axialement par rapport au diffuseur et, au moyen d'un dispositif de commande mécanique, elle peut être amenée à s'appuyer de façon élastique contre le siège 4, de façon à arrtter complète- ment ou partiellement le débit des gaz d'échappement. Afin de protéger le dispositif de commande contre la chaleur dégagée par les gaz d'échappement, un blindage 6 est incorporé dans la chambre 1 derrière le dispositif de soupape 5 et, dans l'espace 7 formé par le blindage 6 et la paroi de la chambre, de l'air froid peut autre amené et mélangé avec les gaz d'échappement, pour strie ensuite expulsé avec ces derniers k travers un orifice de sortie 8. Le dispositif de commande représenté sur la fig. 1 est un piston h cylindre comprenant un cylindre 9 refroidi par air, avec un piston de va-et-vient 10 comprenant une tige de piston 11 reliée directement à la soupape 5, qui présente la forme d'une soupape annulaire. Le cylindre 9 est pourvu d'un carter 12 qui enveloppe la tige de piston Il et qui s'y trouve tissé à travers un trou fileté dans la paroi de la chambre 1. L'air comprimé agit sur le piston 10 pour fermer la soupape 5 et se trouve admis k travers un raccord 13 situé dans le haut du cylindre 9.Le retour dans la position représentée sur la fig. 1 est effectué au moyen d'un long ressort spiral 14, qui entoure la tige de piston 11 et qui s'appuie avec l'une de ses extrémités contre le dessous du piston 10 et avec son autre extrémité contre palier 15, situé au bout du carter 12. L'espace compris dans le cylindre, derrière le piston 10, est raccordé avec l'air extérieur par l'intermédiaire d'une ouverture 16 pratiquée dans la paroi du cylindre.Afin de protéger les organes du dispositif de commande s'étendant k l'in- térieur de la chambre 1 contre tout échauffement et tout dépêt de carbone, et en particulier des organes qui sont directement exposés au gaz d'échappement lorsque la soupape est partiellement fermée, un nanchon de protection 17, avec une ouverture faisant face vers l'arrière, est fixé à demeure à l'extrémité de la tige de piston Il. Ledit manchon enveloppe le carter 12 avec un écartement 18 et représente une surface d'étanchéité 19 prenant appui contre le palier 15 lorsque la soupape 5 est en position d'ouver- ture.Un tube de protection 20 est agencé tout autour de la tige de piston 11 et se trouve serré entre le fond da piston 10 et le manchon de protection 17, qui forment une cannelure à profil annulaire 21, disposée dans le sons do la longueur entre la tige de piston 11 et le tube 20. Le tube de protection 20 est monté en vue de sa rotation dans le palier 15, de façon que la tige de piston 11 puisse Autre animée d'un mouvement de va-et-vient.La tige de piston 11 est insérée à travers une ouverture pratiquée dans le piston 10 et comporte un alésage central 22 qui est raccordé i la cannelure 21 et, à l'extrémité faisant face i la tSte de cylindre, se trouve disposé un dispositif d'étranglement 23. Par l'intermédiaire des ouvertures 24 dans le tube 20, la cannelure 21 est raccordée à l'espace compris à l'intérieur du manchon 17. Le dispositif fonctionne comme suit Durant le fonctionnement normal, lorsque le moteur a tourné k chaud, la soupape 5 se trouve dans la position représentée sur la fig. 1, y étant amenée par le ressort 14, ladite position permettant le dégagement des gaz d'échappement. Toutefois, en raison de la surface d'étanchéité 19, les gaz d'échappement ne peuvent pénétrer à l'intérieur du dispositif de commande à partir de l'espace 7 à travers l'écartement 18, et le manchon 17 protège le palier 15 et le tube 20 contre tout échauffement, afin d'élimi- ner tout risque de grippage du palier. Durant la période de démarrage, et spécialement par temps extrêmement froid, lorsqu'on désire atteindre rapidement et main- tenir ensuite une température normale de fonctionnement de l'eau de refroidissement, de l'air comprimé est fourni à l'intérieur du cylindre 9, de façon que le piston 10, la tige de piston 11 et la soupape 5, soient déplacés vers la gauche sur la fig. 1 et contre l'action du ressort 14, jusqu'à ce que la soupape 5 vienne obturer le bord du diffuseur 3.Simultanément, l'air comprimé sous une pression réduite s'écoule å travers les cannelures 22 et 21, à travers les ouvertures 24 et au-delà de la surface d'étanchéité 19 qui 'est trouvée découverte lors du déplacement, à l'intérieur do l'écartement 18 et de l'espace 7. Cot écoulement d'air aide d'une part au refroidissement du dispositif de commande et du blindage 6 et, d'autre part, à empocher les gaz d'échappement d'@pérer un retour vers l'intérieur. Aussi longtemps que la soupape 5 est maintenue on position fermée, une contre-pression s'accumule dans les gaz d'échappement jusqu'au moteur, jusqu'à ce que la contre-pression parvienne à équilibrer la foroe de fermeture du dispositif de commande et refoule la soupape 5, qui laisse alors passer une quantité suffisante de gaz d'échappement pour maintenir la contre-pression de façon essentiellement constantes La pression appropriée pour l'ou- verture de la soupape s'établit à environ 2 atmosphères La fig. 2 représente un autre mode de réalisation du dispositif de commande, et qui fonctionne de façon identique à celui décrit ci-dessus, mais pouvant être installe dans la chambre 1 et ne comportant aucun organe mobile exposé au dépôt des gaz d'échappement, et étant en outre rendu complètement étanche. La chambre 1, avec le diffuseur 3, l'orifice d'admission 2 et l'orifice de sortie 8, ainsi que la soupape 5, répond pour l'essentiel à la conception et à la fonction qui ont été décrites ci-dessus en référence à la fig. 1. Les différences portent prin cipalement sur le dispositif de commande de la soupape 5 et les divergences de ditail conséquentes de la chambre 1.Du côté opposé à l'orifice d'admission 2, la chambre 1 comporte une plaque-couvercle 31 fixée au moyen de vis et présentant un raccordement de tuyau 32 et un trou 33 la traversant de part en part, ledit trou 33 menant à une cavité dans un cylindre 34 fixé à demeure sur la plaque-couvercle 31, ledit cylindre 34 s'étendant à l'intérieur de la chambre 1 avec son axe central disposé coaxialement par rapport à l'axe du diffuseur 3. A l'extrémité faisant face au diffuseur 3, le cylindre 34 comporte un passage central 35 pour une tige de soupape 36 à laquelle est fixée la soupape 5.La soupape est maintenue en position ouverte par un ressort spiralé 37, qui se trouve serré entre le fond du cylindre 34 et une rondelle 38 fixée à la tige 36, ladite rondelle 38 servant également de guide contre les parois latérales du cylindre 34. Le jeu ménagé entre le passage 35 et la tige 36 permet à l'air comprimé de s'écouler hors du cylindre 34 et de passer à l'intérieur d'un soufflet on acier 39 qui enveloppe le cylindre 34 et dont l'une des extrémités est fixée à un couvercle 40, qui est disposé sur la tige de soupape pe 36 près de la soupape 5. A l'autre extrémité, le soufflet 39 forme avec une bague 41 un raccord étanche aux gaz, le cylindre 34 étant fixé à la plaque-couvercle 31 au moyen de ladite bague 41. affin de protéger le soufflet 39 contre les effets de la chaleur des gaz d'échappement, la chambre 1 comporte un blindage 42 et, autour du soufflet, se trouve disposée une autre paroi cylindrique 43 qui est de préférence solidaire avec le cylindre 34. Pour fermer la soupape, l'air comprimé est injecté à travers le raccord 32 et l'ouverture 33 à l'intérieur du cylindre 34, d'où il peut s'écouler dans l'espace compris entre le soufflet 39 et le cylindre 34, à travers l'espace libre 35 ménagé dans le passage tout autour de la tige 36. De ce fait, un effet s'exerce sur le couvercle 40 qui, avec la tige de soupape 36 et la soupape 5, se trouve déplacé sur la gauche sur la figo 2 contre l'action du ressort 37, obturant ainsi l'orifice de sortie du diffuseur 3. De la même façon qu'il a été décrit ci-dessus, la soupape 5 s'ouvre automatiquement lorsque le moteur est en marche, de manière à maintenir la contre-pression prédéterminée. Lorsque l'air comprimé est libéré, la soupape est ramenée à sa position initiale représentée par le ressort 37. L'un des avantages de ce dispositif est que le dispositif de commande présente une étanchéité totale vis-à-vis des gaz d'échappement, de façon à empêcher tout dépôt sur les organes mobiles. REVENDICATIONS 1 ) appareil destiné à réduire la fumée blanche après le démarrage à froid et à améliorer la capacité de conservation ther- tique des moteurs à combustion interne, caractérisé par le fait qu'un dispositif de régulation de la pression est monté dans le tuyau d'échappement du moteur et agencé de telle sorte qu'il puisse maintenir les gaz d'échappement dans le tuyau d'échappement sous une contre-pression réglable lors de l'admission simultanée du combustible dans le moteur. 2 ) Appareil, suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif de régulation comporte une soupape annulaire agissant en coopération avec un siège disposé dans une chambre dans le tuyau d'échappement. 3 ) Appareil, suivant la revendication 2 eu 2, caracté- risé par le fait que ladite soupape est raccordée i un dispositif à piston ou à soufflet qui est réglable par l'intermédiaire d'un agent de pression. 4 ) Appareil, suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la contre-pression réglée par la soupape est inférieure à la pression d'ouverture des soupa pes d'échappement. 5T) Appareils suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un dispositif élastique est disposé de façon h agir sur la soupape afin de la maintenir en position ouverte. 6) Appareil, suivant ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qutun système de cannelures est prévu dans le dispositif de régulation afin de permettre le passage d'un agent de pression dans la chambre, empêchant de la sorte les gaz d'échappement de s'écouler vers les organes mobiles du dispositif de régulation et, en même temps, concourant à refroidir lesdits organes. 7 ) Appareil, suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les plaques de blindage sont disposées dans la chambre afin de protéger le dispositif de régulation contre les gaz d'échappement.