Brevet FR2244919A1 — publié le 19750418

L'invention a essentiellement pour objet un procédé pour l'al1-mentationenmélange combustible en phase gazeuse, des cylindres d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne également un moteur pour la mise en oeuvre du procédé précité. De nombreux essais ont montré l'importance, sur l'allumage et la combustion, du degré de vaporisation du carburant dans l'air au moment de l'admission. On sait par exemple, qu'un jet de liquide d'environ l millimètre de diamètre, plongé dans une veine d'air circulant à une certaine vitesse ne se découd en goutelette très fines, de l'ordre du micron, correspondant à la phase dite "d'atomisation" qu'à partir de vitesses supérieures à 14/s. Or, pour une alimentation correcte du moteur on ne peut dépasser des vitesses dans la tuyauterie d'admission de 70 à 80 m/s, ce qui correspond à une phase intermédiaire dite "de pulvérisation". En réalité la vaporisation relIe de l'essence s'effectue dans le cylindre même sousl'action combinée de la chaleur cédée par les parois et de réchauffement du à la compression. De recents- essai ont montré que l'alimentation des cylindres par un mélange combustible en phase gazeuse, était un facteur déterminant pour obtenir un moteur peu polluant. On a proposé depuis longt & ps de réchauffer le mélange combustible avant son admission dans le cylindre pour assurer une vaporisation complète du carburant, la chaleur étant fournie eoit par une résistance électrique, soit par les gaz d'échappement, soit par les deux à la-fois; la résistance étant alors utilisée seulement pendant la période de démarrage jusqu'à ce que les gaz d'échappementaxnt atteint une température suffisante pour pouvoir réchauffer le mélange combustible précité.Malheureusement, les dispositifs de ce genre se sont révélés d'un fonctionnement aléatoire en raison de leurs complicationset des réglages très précis qu'ils imposent. De plus un réchauffage trpp énergique du mélange entralne une diminution de la densité de ce dernier et par conséquent un mauvais remplissage massique des cylindres. l'invention a pour but de palliez ces inconvénients. Elle a essentiellement pour objet un procédé dtalimentaMon en mélange combustible des cylindres d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un mélange d'air et de carburant, très riche en carburant, à réchauffer ce mélange par de la chaleur provenant d'au moins une partie des gaz d'échappement, pour assurer une vaporisation optimale du carburant dudit mélange, et à introduire ledit mélange riche réchauffé dans un volume d'air frais plus important que le volume dudit mélange riche, cette intraduction se faisant immédiatement avant l'admission, dans le cylindre du moteur, du nouveau mélange ainsi formé.Grâce à ce procédé, tout en vaporisant complètement l'essence avant l'admission du mélange dans les cylindres, il est possible d'avoir une température de mélange très basse puisque le réchauffage n'a porté que sur une fraction seulement du mélange définitif envoyé dans les cylindres En conséquence, on est assuré d'un bon remplissage massique de ces derniers et dtune puissance importante du moteur. L'invention concerne également un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé précité, du type comprenant des tubulures principales d'admission et des tubulures d'échappeant, caractérisé en ce qu'il comprend des tubuluroeauxiliaires d'admission, communiquant avec lesdites tubulures principales dans lesquelles circule- de l'air frais, lesquelles tubulures auxiliaires sont en contact thermique, sur au moins une partie de leur longueur, avec lesdites tubulures d'échappement, sont reliées à des moyens de production d'un mélange d'air et de carburant, très riche en carburant, et débouchent dans lesdites tubulures principales d'admission d'air frais au voisinage immédiat des soupapes d'admission. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation selon l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle de côté, représentée schématiquement, d'une partie d'un moteur équipé d'un dispositif d'admission selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus, représentée schématiquement, du même moteur; - la figure 3 est une vue schématique d'un détail de tringlerie du dispositif représenté figure 1. En se référant maintenant aux figures 1 et 2 on a représenté schématiquement un moteur à explosion comportant quatre cylindres 10,11, 12 et 13 Chaque cylindre comprend une soupape d'admission 14 et une soupape d'échappement 15, lesquelles soupapes ne sont pas représentées- sur la figure 1 pour plue de clarté. On a représenté quatre pipes d'admission principale 16, 17, 18 et 19, qui aboutissent respectivement à chaque chapelle de soupape d'admission et qui sont reliées à un collecteur unique ou répartiteur d'air 20. Ce même répartiteur communique par l'intermédiaire d'un conduit 21 avec un filtre à air 22.La circulation de l'air, du filtre vers le répartiteur., est réglée par le papillon ou volet mobile 23 actionné par la pédale d'accélération 29 par l'intermédiaire d'une tringlerie 38. De même, des pipes d'échappement24, 25, 26 et 27 sont reliées à chaque chapelle de soupape d'échappement et débouchent dans un conduit ou collecteur unique d'échappement 28. Tous ces organes sont d'un type très classiques, en particulier dans les moteurs à injection, et ne seront pas décrits plus en détail. Les organes plus spécifiques à la présente invention ont été représentés sur les figures 1 et 2 en traits interrompus forts. Ils se composent essentiellement de pipes d'admission auxiliaires 30, 31, 32 et 33 débouchant respectivement dans les pipes d'admission principale 16, 17, 18, et 19, à peu de distance des soupapes d'admission respectives. Les pipes d'admission auxiliaires sont d'autre part reliées à un collecteur d'admission auxiliaire unique 34 communiquant par un conduit 35 avec le filtre à air 22.Dans la suite du texte, le terme géneral de "tubulures" désignera l'ensemble-formé par les pipes et le collecteur associé ; on parlera donc -respecuiverent de tubulures principales diimissionssde tubulures d'échappement et de tubulures auxiliairoe d'admission. Selon une caractéristique importante de l'invention, les tubulures auxiliaires ont un diamètre inférieur à celui des tubulures principales dans lesquelles elles débouchent. De plus, selon une autre caractéristique de l'invention les tubulures auxiliaires d'admission sont en contact thermiquesur la plus grande partie de leur longueur avec les tubulures d'échappement. C'est le cas en particulier, des parties de ces tubulures 36 et 37, extérieures au bloc moteur et constituées essentiellement et respectivement par les collectes 34 et 28 précités. Un carburateur simplifié 40, schématiquement représenté sur la figure 1 par un cadre en traits mixtes, et dont on amontré le gicleur 41 et le volet ou papillon de commande 42, est inséré dans le conduit 35 entre le filtre à air et les tubulures auxiliaires. Le papillon 42 est actionné par la commande d'accélération, en même temps que le volet 23, par l'intermédiaire d'une tringlerie 43 et d'une came 44. On a représenté également sur la figure 1 la commande de BtarXr 45 qui, lorsqu'elle est actionnée, obture partiellement le conduit 21 grâce au volet 46 disposé en aval de la prise d'air du carburateur. La commande de starter agit également sur le papillon 42 du-carburateur 40 par l'intermédiaire d'un système de tringleries 47. Ces tringleries reliant les papillons 42 et 46 à la commande de starter 45, représentées sur la figure 3, sont d'un type bien connu et ne font pas partie de l'invention. Elles comportent un levier 48 commandant la fermeture du volet 46 à partir d'un câbl-e 49. Ce levier 48 pivote autour de l'axe 50 du volet 46 et entraine un second levier 51 muni d'un ergot 52 coulissant dans une boutonnière 53 d'un levier 54, lequel est articulé sur un autre levier 55 qui commande la rotation du volet 42 autour de son axe 56. De cette façon la mise en service de la commande de starter 45 provoque la fermeture du papillon 46 et l'ouverture du papillon 42; mais l'actionnement de ce dernier par la commande d'accélération 29, parlMntermédiaire de la came 44, n'a pas d'action, grâce à la boutonnière 53, sur la position du starter 45. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante Le débit des tubulures auxiliaires d'admission est calculé ou réglé pour être environ le dixième du débit des tubulures principales d'admission; de plus le carburateur est conçu de telle façon qu'il assure l'alimentation du conduit 35 en un mélange très riche en carburant, d'air et de carburant, analogue à celui d'un carburateur normal fonctionnant avec starter. Au démarrage à froid un mélange très riche en carburant, d'air et de carburant non vaporisé, est introduit dans les cylindres, par le conduit 35 et les tubulures auxiliaires d'admission. Le volet 46 faisant office de starter est fermé. Le démarrage et ltéchauffement se produisent donc sensiblement dans les conditions d'ùn moteur de type classique.Au fur et à mesure que les tubulures d'échappement s'échauffent, elles transmettent par contact de la chaleur aux tubulures auxiliaires d'admission, et le mélange riche convoyé par ces tubulures se vaporise. Entre temps, l'opérateur ou bien un dispositif automatique de type bien connu,a ouvert le volet 46. Pendant la phase de démarrage et la période de- réchauffage du moteur, la richesse du mélange fourni par le carburateur est sensiblement constante et, d'autre part, la vitesse d'écoulement dudit mélange est relativement plus grande que ce qu'elle serait avec un carburateur ordinaire; ceci à cause du fait que le volet de starter se trouve en aval de la prise d'air du carburateur.Cette disposition est favoable à une meilleure préparation physique du mélange donc à une meilleure combustion. il en résulte, pendant la période précitée, une amélioration de l'agrément de conduite et une réduction de lapDllution. En fonctionnement normal, le mélange riche fourni par le carburateur 40 se trouve porté à une température de l'ordre de r)00, mais comme le volume du mélange riche ne représente qu'environ le dixième du mélange définitif d'admission formé par l'introduction dudit mélange riche dans lesubulures principales où circule. de l'air frais, la température de ce mélange d'admission ne s'élève que de 100 par rapport à la température de l'air c'est-à-dire la température ambiante. Cette température de mélange très basse assure un bon remplissage massique des cylindres du moteur, tandis que la vaporisation complète de l'essence permet d'obtenir un taux de pollution particulièrement bas.En outre, l'emploi de tubulures d'admission principalesne véhiculant que de l'air permet de dessiner ces dernières comme les tubulures des moteurs à injection, ce qui garantit un remplissage volumétrique optimum. En outre, pour éviter toute recondensation du carburant après l'introduction du mélange riche réchauffé dans le courant d'air frais principal, notamment pendant les périodes de fonctionnement du moteur aux faibles charges, on peut réduire alors le débit d'air frais et admettre par conséquent uneplus grande proportion de mélange chaud, de façon à augmenter la température du mélange définitif d'admission. Cette particularité peut être réalisée aisément, en modifiant en conséquence le profil de la came 44. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit. , qui n'a été donné ici qu'à titre d'exemple; en particulier les tubulures auxiliaires et les tubulures d'échappement peuvent être de forme sensiblement différentes et les parties de celles-ci 36 et 37, qui sont rapportées au moteur peuvent avantageusement former une pièce de moulage unique pour faciliter l'échange thermique. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation en mélange combustible des cylindres d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un mélange d'air et de carburant, très riche en carburant, à réchauffer ce mélange grâce à de la chaleur provenant d'au moins une partie des gaz d'échappement, pour assurer une vaporisation optimale du carburant dudit mélange, et à introduire ledit mélange riche réchauffé dans un volume d'air frais plus important que le volume dudit mélange riche réchauffé, cette introduction se faisant immédiatement avant l'admission dans le cylindre du moteur, du nouveau mélange ainsi formé. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on fait varier le rapport des volumes d'air frais et de mélange riche, mélangés avant l'admission, en fonction des conditions de charges du moteur. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le volume de mélange riche introduit dans ledit volume d'air frais, représente environ le dixième du volume du nouveau mélange résultant. 4. Moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, u type comprenant des tubulures principales d'admission et des tubulures d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend des tubulures auxiliaires d'admission, communiquant avec lesdites tubulures principales dans lesquelles circule de l'air frais, lesquelles tubulures auxiliaires sont en contact thermique sur au moins une partie de leur longueur avec lesdites tubulures d'échappement, sont pliées à des moyens de production d'un mélange d'air etde carburant, très riche en carburant, et débouchent dans lesdites tubulures principales d'admission d'air frais au voisinage immédiat des soupapes d'admission. 5. Moteur-selon la revendication 4 caractérisé en ce que les tubulures auxiliaires précitées ont un diamètre inférieur à celui des tubulures principales précitées dans lesquelles -elles débouchent. 6. Moteur selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que lesdits moyens de production du mélange riche précité sont constitués par un carburateur simplifié. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 4,5 ou 6 caractérisé en ce que au moins une partie des tubulures d'admission auxiliaires précitées et au moins une partie des tubulures d'échappement précitées, forment une pièce de moulage unique au niveau de la zone de contact thermique. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 4, 5,6 ou 7 comprenant un papillon ou volet de commande principal disposé dans le collecteur d'air précité, actionné par la commande d'accélération du moteur, éventuellement par l'intermédiaire d'un système de transmission , caractérisé en ce qu'il comprend un papillon, ou volet de commande auxiliaire disposé en amont des tubulures auxiliaires d'admission, éventuellement confondu avec le volet de commande du carburateur précité, actionné par l'intermédiaire d'un système de tringleries réglable comportant au moins une came, elle-même actionnée, éventuellement indirectement, par la commande d'accélération précitée du moteur. 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de tringleries réglable précité est actionné par le volet de commande principal précité. 10. Moteur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le profil de la came précitée permet de faire varier le rapport des volumes d'air frais et de mélange riche précités, mélangés avant l'admission, en fonction des conditions de charge du moteur.