Brevet FR2197119A1 — publié le 19740322

La présente invention concerne un appareil pour fournir du carburant à un moteur à combustion interne. La plupart des moteurs à combustion interne disponibles actuellement présentent l'inconvénient que toutes les gouttelettes liquides de carburant non vaporisées dans le dispositif de vaporisation primaire du moteur, par exemple le carburateur ou l'ajutage d'injection de carburant, sont soit déposées sur les parois du trajet d'admission, soit entra1nées dans la chambre de combustion sous forme de gouttelettes. S'il est déposé sur les parois du trajet d'admission, ce carburant se vaporise finalement au contact de la partie chauffée du trajet d'admission, ce qui provoque un enrichissement considérable du mélange qui conduit à une combustion incomplète dans la chambre de combustion du moteur et, par suite, un échappement très polluant à la sortie du moteur, si les gouttelettes sont entralnées dans la chambre de combustion, la partie intérieure d'une gouttelette ne brûle pas aussi facilement que sa partie extérieure, ce qui produit une combustion incomplète dans la chambre de combustion du moteur et des émissions très polluantes. Ces inconvénients sont spécialement évidents pendant les périodes de décélération ou de ralenti lorsque des vides élevés sont présents dans-le collecteur d'admission. La présente invention a donc pour objet un appareil pour fournir du carburant à un moteur à combustion interne qui supprime ou réduit au minimum les inconvénients précités de manière simple bien qu'efficace, et qui permette au public au moins un choix utile. L'invention concerne un appareil à incorporer dans le système d'admission d'un moteur à combustion interne agencé pour brûler du carburant liquide sous forme de vapeur, lequel système d'admission comprend un moyen de vaporisation primaire de carburant, et un trajet d'entrée de la vapeur de carburant, ledit appareil comprenant un étranglement réglé comprenant une partie convergente puis une partie divergente placées dans ledit trajet d'entrée de vapeur de carburant entre ledit moyen de vaporisation primaire de carburant et la chambre de combustion dudit moteur, la construction et l'agencement étant tels que ledit étranglement réglé agit pour vaporiser davantage toutes les gouttelettes de carburant liquide restant dans ladite vapeur par réduction de pression dans ledit étranglement, mais non pour augmenter de manière importante le niveau de turbulence dans ladite vapeur de carburant. L'invention consiste en ce qui précède, et elle envisage aussi des constructions dont la suite de la description ne donne que des exemples, et dans-lesquelles sont mentionnées des pièces spécifiques qui ont des équivalents connus dans la technique, lesdits équivalents étant supposés incorporés dans la présente description comme s'ils étaient décrits individuellement. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en plan d'un étranglement réglé comprenant une partie convergente puis une partie divergente, avec une purge d'air à soupape convenant pour être introduite entre le moyen de vaporisation primaire du carburant, par exemple un carburateur et le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne. La figure 2 est une coupe par la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est une coupe similaire à la figure 2 montrant une variante d'étranglement réglable. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, un étranglement réglable comprenant une partie convergente puis une partie divergente, et appelé communément "Venturi", à utiliser dans le trajet d'admission d'un moteur à combustion interne, par exemple entre le carburateur et le collecteur d'admission, est construit comme suit On utilise un corps 1 sous forme d'une plaque comportant une ouverture 2 d'un diamètre tel que le contour 3 coincide avec la sortie du carburateur. Des trous ou fentes 4 de montage sont positionnés de manière à aligner avec le carburateur des boulons ou goujons de montage du collecteur d'admission etpermettreainsi au corps 1 d'être positionné entre le carburateur et le collecteur d'entrée.Un prolongement tubulaire 5 part du corps et présente des dimensions externes correspondant aux dimensions internes du trajet d'admission du collecteur de sorte que, lorsque le corps est boulonné entre le carburateur et le collecteur d'admission, le prolongement tubulaire 5 se place dans ledit trajet d'admission. La surface intérieure du prolongement 5 comprend une partie convergente 6 et une partie divergente 7 formant un étranglement réglé comprenant une partie convergente puis une partie divergente, ou venturi 8 dans le trajet d'admission. Selon une variante il est prévu un venturi plus long, représenté sur la figure 3, comprenant une partie convergente 6a, une partie cylindrique 9a de col, et une partie divergente 7a. Bien que l'on ait décrit l'appareil pour etre installé par rapport à un carburateur et un collecteur d'admission, on envisage d'utiliser l'invention avec un carburateur à plusieurs cols ayant un tel venturi pour chaque col, ou avec un moteur à plusieurs carburateurs, un venturi étant introduit entre chaque carburateur ou col de carburateur et l'orifice d'admission correspondant de la chambre de combustion. On pourrait aussi utiliser l'appareil dans les configurations similaires avec des variantes de moyens de vaporisation primaire de carburant, par exemple une injection de carburant, au lieu du ou des carburateurs.On pourrait aussi prévoir plus d'un venturi dans lesdits trajets d'admission et, par exemple, un premier venturi pourrait se trouver près de la sortie du carburateur comme décrit ci-dessus, et un second venturi pourrait se trouver près de la soupape d'admission de chaque chambre de combustion. Près de la partie convergente 6, selon une forme préférée, se trouve une prise d'air auxiliaire 10 comprenant un tube Il auquel est associé un crgane réglable 12, par exemple à taraudage vissé sur un filetage du tube 11, et qui est capable d'être fixé en position par un écrou de blocage 13 l'organe réglable 12 comporte une extrémité partiellement fermée 14 dans laquelle une bille 15 porte sur d9 surfaces de l'ouverture 16 pour former un clapet à bille, cette dernière étant maintenue en position par un ressort 17 qui bute sur une cheville (non représentée) dans le tube ll ou sur un rebord 18 à l'extrémité du tube 11. Un filtre à air 19 peut être placé à l'entrée 14, ou entrée peut être reliée à un filtre à air existant sur le moteur au moyen d'un tuyau ou d'un tube. Il existe évidemment un passage libre du siège de clapet 16 à travers les tubes 12 et 11 jusqu'à la prise d'air 10 dans l-'ouverture 2. Ce qui précède décrit une construction dans laquelle l'appareil forme une partie séparée du carburateur ou autre moyen de vaporisation primaire du carburant. Cependant, il est évidemment possible que l'appareil soit d'un seul tenant soit avec le carburateur, soit avec l'extrémité du collecteur d'admission. On utilise l'appareil comme suit. Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne, le venturi 8 provoque une réduction de pression au col 9 en augmentant la vitesse de la vapeur du carburant à ce point, en facilitant ainsi la vaporisation de toutes les gouttelettes de carburant en suspension dans la vapeur, qui ntont pas été efficacement vaporisées par le moyen de vaporisation primaire du carburant tel qu'un carburateur ou un ajutage d'injection. Le venturi a également été étudié de telle manière que, en maintenant l'angle de la partie divergente 7 ou 7a à une valeur faible, par exemple de moins de 20 , et de préférence de moins de 150, par rapport à ltaxe du venturi, on n'accentue pas de manière importante le niveau de turbulence dans le trajet d'admission.On pense que toute augmentation de la turbulence sera défavorable à la vaporisation complète de tout le carburant liquide > et ceci est démontré par les résultats d'essais que l'on décrira plus loin. La section du col du venturi affecte ainsi le comportement de l'appareil et, lorsqu'on l'utilise avec un carburateur, il stest avéré avantageux d'utiliser une section de col de venturi qui ne soit pas supérieure de 20% ou inférieure de 20% à la section du col du venturi du carburateur. Une section de col de venturi qui est intérieure de 20% à celle de venturi du carburateur étrangle l'écoulement de la vapeur du carburant tout en ne procurant pas de bénéfice supplémentaire. Des cols plus grands sont difficiles à obtenir mécaniquement dans un trajet d'admission existant et ont peu d'effet sur la performance du moteur. On pense que la section optimale du col de venturi est sensiblement la même que celle du venturi du carburateur. De plus, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions de vide élevé dans le collecteur d'admission, c'est-à-dire lorsque l'obturateur de gaz est fermé ou à peu près fermé pendant les phases de décélération ou de ralenti, la pression atmosphérique agissant sur l'extrémité exposée de la bille 15 l'écarte de l'ouverture 16 à l'encontre de la force du ressort 17 et admet ainsi de l'air supplémentaire par les tubes 12 et 11 et l'entrée 10 dans le trajet d'admission 2. Cet air se mélange alors à la vapeur de carburant provenant du carburateur, ledit mélange étant facilité par l'action du venturi 8 comme décrit précédemment.De cette façon, le rapport effectif air/carburant du mélange de combustion augmente pendant les phases de ralenti et de décélération, ce qui est avantageux pour réduire les gaz polluants d'échappement du moteur, comme on l'indiquera plus loin. Le degré d'ouverture du clapet à bille et la phase de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire le vide à l'admission, pour laquelle le clapet s'ouvre peuvent être réglés par le mouvement de l'organe réglable 12 pour faire varier la force que le ressort 17 exerce sur la bille 15. On a soumis l'appareil décrit précédemment à des essais dans le moteur d'une automobile familiale à 6 cylindres afin de déterminer l'effet de l'appareil sur les gaz d'échappement polluants, qui sont les hydrocarbures, les oxydes d'azote et l'oxyde de carbone. Les essais ont été effectués suivant le "U.S.Federal Cycle (1970)": Phase Temps (s) Mode de fonctionnement Facteur de pon dération dération 1 0-20 ralenti 0,042 2 20-35 Accélération à 50 km/h 0,244 3 35-50 Déplacement à 50 km/h 0,118 4 50-60 Décélération à 25 km/h O,062 5 60-75 Déplacement à 25 'cm/h 0,050 6 75-105 Accélération à 50 km/h 0,455 7 105-138 Décélération à 32 km/h 0,029 1,000 Les essais pour les hydrocarbures se font par ionisation à la flamme (F.I.D), pour les oxydes de carbone par des tubes "Kitagawa Indicator", et pour l'oxyde de carbone à l'infrarouge non dispersant (N.D.I.R.) en utilisant un analyseur "Mexa 200". Cette machine est approuvée par les normes américaines (U.S. Standards). On effectue sept séries de ces essais pour les modèles suivants A. Automobile familiale classique à 6 cylindres ayant roulé pendant 6400 km. B. Comme pour A, en utilisant l'appareil selon l'invention avec le venturi long (figure 3). C. Comme pour A, en utilisant l'appareil selon l'invention avec le venturi court (figure 3). D. Comme pour C, mais en laissant pénétrer davantage d'air par le tube de purge d'air (moins de pression élastique). E. Comme pour C, mais sans purge d'air. F. Comme pour A, avec purge d'air auxiliaire mais sans venturi G. Comme pour A, avec un venturi, et une purge d'air continu agencée pour induire un mouvement cyclonique dans le trajet d'admission et, ainsi, démontrer l'effet de la turbulence induite. On effectue aussi des essais de puissance à 50 km/h et à 100 lgn/h suivant les modèles comprenant 1. L'automobile standard, 2. l'appareil selon l'invention avec le venturi long, 3. l'appareil selon l'invention avec le venturi court, 4. un venturi avec purge d'air continu et mouvement cyclonique. Comme résultat des essais pratiqués sur le cycle complet en utilisant les facteurs "U.s. Federal Weighting" comme indiqué, l'automobile standard remet 1100 parties par million (p.p.m) d'hydrocarbures, 347,5 p.p.m dioxydes d'azote et 2,999 d'oxyde de carbone. Les chiffres d'émission comparatifs pour les autres modèles et les valeurs de diminution en pourcentage dans les émissions sont données dans le tableau II (voir plus loin). En se référant aux résultats indiqués dans le tableau II, on notera que les diminutions en pouroentage des gaz polluants obtenus dans l'appareil selon l'invention pour les modèles B, C et D sont généralement supérieures aux résultats pour les autres modèles. En particulier, l'invention montre une diminution marquée des émissions de gaz polluants par comparaison avec les résultats obtenus en utilisant un venturi avec turbulence induite, ce qui vient à l'appui de cJ qui a été décrit au sujet de la réduction des émissions, ceci par une vaporisation plus complète du mélange carburant-air, tout en ne tendant pas à accentuer de manière importante le niveau de turbulence.L'effet bénéfique de la chute de pression différentielle dans le venturi est aussi démontré par les émissions d'hydrocarbures plus faibles obtenues par un venturi long qui maintient la chute de pression sur tout élément donné de carburant pendant un temps plus long. Par exemple, pour les formes d'exécution préférées de l'invention c'est-à-dire les modèles B et C, les émissions d'hydrocarbures sont réduites de 1100 p.p.m, dans l'automobile standard, à 843 et 790 p.p.m. respectivement, c'est-à-dire qu'elles diminuent de 77 et 72%. En comparaison, le modèle G utilisant la turbulence induite sous la forme d'une purge cyclonique d'air ne donne une diminution des hydrocarbures qui n'est que de 52%, en démontrant que la suppression de la turbulence est importante pour l'efficacité de l'invention. De même, les modèles B et C réduisent les émissions d'oxydes d'azote de 90 et 94%, par comparaison avec une réduction de 82% pour le modèle G, et les modèles B et C réduisent les émissions d'oxyde de carbone de 88%, par comparaison avec une réduction de 72% pour le modèle G. On peut évidemment faire des comparaisons serlblables entre les modèles B et C et le modèle F qui comporte une purge d'air sans venturi. On voit donc que l'appareil selon l'invention donne un bénéfice bien supérieur dans la réduction des émissions à l'échappement par l'utilisation d'un venturi étudié pour minimiser la turbulence, que les autres formes d'appareil similaires ne présentaient pas cotte Caractéris- tique. L'angle de diffusion du venturi est évidemment important pour supprimer la turbulence, et on pense que les angles de diffusion supérieurs à 200 auront pour résultat de la turbulence induite et, par suite, une perte de pression de reprise dans la section du diffuseur. En fait, il est désirable de prévoir un angle de 15", ou moins, pour les résultats optimaux. Des angles de diffusion plus grands tendront 3non seulement à augmenter l'émission de gaz polluants comme le montrent les résultats d'essais du modèle G, mais aussi à induire du frottement et de la perte d'énergie dans le système d'admission, d'où perte de puissance dans le moteur. Ceci est mis encore en évidence par les résultats figurant sur le tableau III, qui est une comparaison d'essais de puissance effectués à 50 km/h et à 100 'an/h. Ces résultats montrent que la turbulence induite, comme dans le venturi-cyclone, entraîne une perte importante de puissance aux vitesses supérieures. Il ressort aussi du tableau III que l'appareil selon l'invention a peu d'effet sur la puissance du moteur, soit sous forme de venturi long, soit sous forme de venturi court. Par exemple, l'appareil avec un venturi court donne une petite diminution de puissance sur une automobile standard, alors que le venturi long semble actuellement augmenter la puissance à la sortie. Le venturi à turbulence induite, c'està-dire le modèle G, donne une perte de puissance marquee aux vitesses élevées (de 58 ch dans l'automobile standard à 51 ch), et l'on pense que ceci est dû à la perte de reprise de pression par suite de la turbulence dans le venturi. Il faut noter que des augmentations unitaires de 1 ch ont peu de signification dans ce type d'essai. les tableaux I, Il et III donnent certains réslilta9. Voir tableaux pages suivantes. T A B L E A U I Phase/Modèle Résultats Après application du facteur Modèle de pondération H/C N/O CO H/C N/O CO Automobile standard (ppm) (ppm) (%) (ppm) (ppm) (%) dans les conditions 1A 1800 10 4,5 75,60 0,42 0,189 normales de fonctionnement 2A 1270 500 4,8 309,88 122,00 1,171 3A 720 1000 2,0 84,96 118,00 0,236 4A 950 350 2,6 58,90 21,70 0,161 5A 1170 450 5,6 58,50 22,50 0,280 6A 1085 100 2,0 493,68 45,50 0,910 7A 650 600 1,8 18,85 17,40 0,052 1B 240 5 0,05 10,08 0,21 0,002 Moteur avec l'appareil 2B 240 75 0,6 58,56 18,30 0,146 selon l'invention venturi long 3B 260 75 0,05 30,68 8,85 0,006 4B 200 30 0,20 12,40 1,86 0,012 5B 210 30 1,70 10,50 1,50 0,085 6B 280 10 0,25 127,40 4,55 0,113 7B 280 50 0,30 8,12 1,45 0,009 T A B L E A U I (suite) Après application du facteur Phase/modèle Résultats Modèle de pondération B/C N/O CO H/C N/O CO (ppm) (ppm) (%) (ppm) (ppm) (%) Moteur avec l'appareil 1C 200 5 0,01 8,40 0,21 0,000 selon l'invention venturi court 2C 340 20 0,65 82,96 4,88 0,159 3C 260 50 0,2 30,68 5,9 0,024 4C 280 50 0,2 17,36 3,10 0,012 5C 180 30 1,0 9,00 1,50 0,050 6C 340 10 0,20 154,70 4,55 0,100 7C 260 50 0,3 7,54 1,45 0,09 1D 400 10 0,01 16,80 0,42 0,000 Comme pour C, mais 2D 400 100 0,35 97,60 24,40 0,085 avec plus d'air à tra3D 400 100 0,18 47,20 11,80 0,021 vers la purge d'air 4D 280 75 0,15 17,36 4,65 0,009 5D 360 100 0,40 18,00 5,00 0,020 6D 380 20 0,10 172,90 9,10 0,046 7D 125 75 0,0 3,63 2,18 0,000 1E 180 7,5 0,9 7,56 0,32 0,038 Comme pour C, mais la 2E 420 10 0,8 102,48 2,44 0,195 purge d'air étant coupés 3E 330 250 0,45 38,94 29,50 0,053 T A B L E A U I (suite et fin) Après application du facteur Phase/modèle Résultats Modèle de pondération H/C N/O CO H/C N/O CO (ppm) (ppm) (%) (ppm) (ppm) (%) 4E 400 100 0,85 27,80 6,20 0,053 Comme pour C, mais la 5E 660 50 3,6 33,00 2,50 0,180 purge d'air étant coupée 6E 400 100 0,8 182,00 45,50 0,364 7E 340 200 0,8 9,86 5,80 0,023 1F 340 20 0,1 14,28 0,84 0,004 Comme pour C avec 2F 420 100 0,7 102,48 24,40 0,171 purge d'air, mais sans venturi 3F 360 100 0,25 42,48 11,80 0,030 4F 360 200 0,4 22,32 12,40 0,025 5F 340 50 0,9 17,00 2,50 0,045 6F 650 50 0,85 295,75 22,75 0,387 7F 440 100 0,5 12,76 2,90 0,015 1G 190 10 0,1 7,98 0,42 0,004 Moteur avec un venturi 2G 480 30 0,75 117,12 7,32 0,183 comme décrit, mais utilisant une purge d'air 3G 380 200 0,4 44,84 23,60 0,048 cyclonique continu 4G 400 75 1,0 27,80 4,65 0,062 5G 640 50 2,4 32,00 2,50 0,120 6G 540 50 0,9 291,20 22,75 0,410 7G 340 100 0,9 9,86 2,90 0,026 T A B L E A U II Comparaison des résultats d'essai ("Driving Cycle" des E.U.A) Modèle H/C N/O CO A. Automobile standard, 6400 km au compteur ppm ppm % Total 1100 347,5 2,999 B. Comme pour A, avec l'appareil selon l'invention - Venturi long Total 257 36,7 0,373 Diminution de la pollution 843 310,8 2,626 % Diminution 77 90 88 C. Comme pour A, avec l'appareil selon l'invention - Venturi court Total 310 21,6 0,354 Diminution de la pollution 790 323,9 2,645 % Diminution 72 94 88 D.Comme pour C, mais avec davantage d'air par le tube de purge (moins de pression de ressort) Total 373 575 0,181 Diminution de la pollution 727 290,0 2,818 % Diminution 66 83 94 E. Comme pour C, mais la purge d'air étant coupée Total 399 92,3 0,906 Diminution de la pollution 701 255,2 2,093 % Diminution 64 73 70 T A B L E A U II (suite) Comparaison des résultats d'essai ("Driving Cycle des E.U.A) Modèle H/C N/O CO F. Comme pour A, avec purge d'air mais sans venturi ppm ppm % Total 507 77,6 0,677 Diminution de la pollution 593 269,9 2,322 % Diminution 54 78 77 G. Comme pour A, avec ensemble utilisant une purge d'air cyclonique continu Total 52,8 64,1 0,853 Diminution de la pollution 572 283,4 2,146 % Diminution 52 82 72 T A B L E A U III Comparaison des essais de puissance Situation Puissance à 50 km/h Essais de puissance (ch) à 100 km/h Automobile standard 33,5 58 Plus appareil selon l'invention avec venturi 35,5 58,2 long Plus appareil selon l'invention avec venturi court 32,4 55,6 Plus venturi cyclone 33,5 50,5 REVENI > ICATIONS 1.- Appareil à incorporer dans le système d'admission d'un moteur à combustion interne agencé pour brûler du carburant liquide sous forme de vapeur, lequel système d'admission comprend un moyen de vaporisation primaire de carburant, et un trajet d'entrée de la vapeur de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend une partie convergente puis une partie divergente placées dans ledit trajet d'entrée de vapeur de carburant entre ledit moyen de vaporisation primaire de carburant et la chambre de combustion dudit moteur, la construction et l'agencement étant tels que ledit étranglement réglé agit pour vaporiser davantage todt;;es goutteIett de car- burant liquide restant dans ladite vapeur par reduction de pression dans ledit étranglement, mais non pour augmenter de manière importante le niveau de turbulence dans ladite vapeur de carburant. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé en iiaison avec un moyen de vaporisation primaire de carburant consistant en un carburateur contenant un venturi de carburateur. Ni.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section du col dudit étranglement réglé n'est pas supérieure de 20 %, ou inférieure de 20 % plus petite à la section du col dudit venturi de carburateur. 4.- Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la section du col dudit @étranglement réglé est pratiquement égale à la section du col dudit venturi de carburateur 5.- Appareil selon lune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle de la paroi de la partie divergente dudit étranglement réglé, ou une surface axialement tangente construite sur celui-ci, sous-tend avec l'axe dudit trajet d'entrée à l'endroit de l'ajutage un angle au plus égal à 200. 6.- Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que ledit angle est supérieur à 150. 7.- Appareil selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce qu'une entrée d'air auxiliaire est prévue dans ledit trajet d'admission de vapeur de carburant. 8.- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite entrée d'air auxiliaire comprend un moyen à soupape fonctionnant sous pression agencé pour admettre de l'air supplémentaire dans ledit trajet d'admission de vapeur de carburant lorsque la pression dans ledit trajet est réduite à une valeur sensiblement prédéterminée. 9. - Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite entrée d'air auxiliaire est positionnée près dudit étranglement réglé, et en amont de celui-ci. 10.- Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit moyen à soupape fonctionnant sous pression dlair comprend un tube dans lequel est installé un clapet à bille chargé par un ressort. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit étranglement réglé est monté sur un corps qui comprend un moyen de montage, de sorte qu'il peut être monté entre ledit moyen de vaporisation primaire de carburant et ledit trajet d'admission de vapeur de carburant, ce qui installe ledit étranglement réglé dans ledit trajet d'admission. 12.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit trajet dtadmis- sion est un collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres. 13.- Moteur à combustion interne, caractérisé en ce que, entre son moyen de vaporisation primaire de carburant et une partie de son trajet d'admission, est monté un appareil selon l'une quelconque des revendications î à 12. 14.- Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit moyen de vaporisation primaire de carburant comprend un carburateur comportant un obturateur de commande des gaz, ledit obturateur étant monté entre le venturi du carburateur et ledit étranglement réglé.