Brevet FR2285515A1 — publié le 19760416

La présente invention concerne un dispositif destiné à éliminer des gaz nocifs d'échappement des véhicules à essence. La plupart des métropoles, aussi bien que les villes secondaires, sont submergées par des quantités excessives de véhicules à essence, qui déchargent à l'air des gaz d'échappement qui sont dangereux pour Iespbce humaine, de meme que les fumées des gaz de combustion d'usines. La majorité des composants des gaz d'échappement des moteurs à essence compren- nent les oxyde de carbone, hydrocarbures et oxydes d'azote qui sont tous plus ou moins néfastes pour l'homme; en particulier, l'oxyde de carbone est extremement dangereux pour la vie. La combustion complète du mélange carburent pourrait Alimi- ner ces composés nocifs des gaz d'échappement, mais, à l'heure actuelle, on n'a pu y parvenir de manière satisfaisante. Bien que les proportions d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures,dans les gaz d'échappement, soient plus élevées au fonctionnement à vide, ou à faible vitesse, il serait nécessaire d'obtenir une combustion complète à toutes les allures. La plupart des moteurs d'automobiles comportent le cycle à quatre temps, selon lequel le mélange carburant est aspiré dans un cylindre pendant la course d'aspiration, à travers un collecteur d'admission. Le carburateur est donc équipé de ce fait de différents dispositifs, tels que diffuseur, volet d'air, volet des gaz, gicleurs d'essence, pompe d'accele- ration ou de reprise, pointeau de dosage ou volet d'air supplémentaire, adap- tés respectivement de manière qu'un mélange carburant ayant des caractéristiques optimales puisse etre obtenu. Cependant, ce dispositif n'a pu donner satisfaction dans cous les cas.Le carburateur est destiné princi palment à réaliser un mélange uniforme de gaz et d'air, sous un rapport convenable pour alimenter le cylindre, par aspiration de l'essence contenue dans une cuve à nlven, constant à partir d'un gicleur sous l'effet d'un vide partiel engendré par la course d'aspiration du moteur, et, simultané- ment, aspiration d'air à travers un filtre épurateur vers la chambre de carburation. Le diffuseur fonctionne pour augmenter la vitesse de l'air, par étranglement de son passage, afin d'accrottre la dépression d'aspiration de l'essence qui y débouche par le gicleur. Cependant, avec l'augmentation de la vitesse de rotation des moteurs, le jet d'essence, dont la densité est supérieure à celle de l'air, est aspiré davantage que cet air, du fait de son inertie.La tendance à l'enrichissement du mélange en résulte, ce qui entraine la nécessité d'admission d'un plus grand débit d'air à vitesse élevée; autrement, une combustion incomplète en résulterait avec non seulement un gaspillage d'essence mais de plus la production de grandes quantités desgaz nocifs d'échappement. L'invention a donc pour objet essentiel un dispositif d'élimination de l'oxyde de carbone dans les gaz d'échappement, lequel est le plus dangereux de ces gaz, par une admission d'air plus complète à l'aide d'un conduit d'aspiration d'air. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une réalisation de carburateur selon l'invention, en état de fonctionnement au ralenti; - la figure 2 est une coupe analogue de ce carburateur en fonctionnement à vitesse réduite; - la figure 3 est une coupe analogue, le carburateur étant en fonctionnement à grande vitesse; - la figure 4 est une coupe analogue du carburateur au démarrage et en accélération, montrant les écoulements respectifs d'essence, d'air et du mélange carburant (les flèches à pointe épaissie représentant l'écoulement d'essence, et les flèches plus fine l'écoulement d'air); - la figure 5 est une coupe longitudinale des pièces du dispositif selon l'invention; et - la figure 6 est une vue en plan du dispositif de la figure 5. Sur ces différentes figures, les éléments respectifs sont identifiés par les memes références indiquées ci-dessous 1, 1' : Chambre de carburation 2 : Diffuseur 3 : Volet d'air 4 : Volet des gaz 5 : Gicleur principal 6 : Dérivation 7 : Orifice de marche au ralenti 8 : Gicleur de ralenti 9 : Aiguille de dosage 10 : Admission d'essence 11 : Flotteur 12 : Cuve à niveau constant 13 : Pointeau de flotteur 14 : Alimentation d'essence 15 : Vis de réglage de ralenti 16 : Passage de rentrée dlair 17 : Pompe d'accélération 18 : Soupape de pompe 19 : Filtre d'air 20 : Collecteur d'admission 21 : Orifice d'aspiration du 22 : Bride intercalaire collecteur d'admission 23 : Conduit d'aspiration d'air 24 :Débouché du conduit d'air 25 : Robinet de réglage Le fonctionnement du carburateur et ses différents effets associés sont exposés ci-dessous, en référence à la figure 1, le carburateur étant représenté dans le cas de marche au ralenti du moteur. Le volet d'air 3 est a demi-fermé et le volet ou obturateur des gaz 4 est refermé, L'essence est introduite depuis l'orifice d'arrivée 14 dans la cut à flotteur 12, puis, par la dérivation 6, depuis l'admission 10 pour store envoyée dans la chambre de carburation 1' à partir du gicleur de ralenti 8. L'air est amen du filtre 19,par le tube de rentrée d'air 16 et la dérivation 6,vers la chambre 1' de carburation dans le gicleur de ralenti 8.Selon l'invention, un raccord ou bride métallique 22 est intercalé à demeure entre l'extrémité inférieure de la chambre 1' et l'orifice 21 d'aspiration du collecteur 20 d'admission, un trou étant ménagé sur le coté dela bride 22 pour y adapter un conduit d'aspiration 23, qui la traverse L'extrémité 24 de ce conduit 23 est recourbée vers le haut pour déboucher à proximité de la position de débutsd'ouverture et de ferme ture de l'obturateur 4 des gaz, alors que l'autre extrémité de ce conduit 23 est relevée et reliée au filtre d'air 19 par l'intermédiaire d'un robinet de réglage 25. Dans les carburateurs classiques, lorsque l'obturateur des gas 4 est refermé, comme représenté sur la figure 1, l'air n'est aspiré que par le passage 16 de rentrée d'air; le mélange est donc très concentré, ce qui entratne la combustion incomplète de l'essence et, par suite, la production d'une grande quantité de gaz nocifs, particulièrement d'oxyde de carbone. Mais, dans le cas de l'invention, le conduit 23 d'aspiration d'air étant ouvert, lorsque la dépression dans la chambre 1' de carburation est très élevée, du fait de la fermeture du volet des gaz 4, une plus grande quantité d'air est aspirée dans ce mélange,lequel est complètement brillé, de sorte que l'oxyde de carbone est oxydé en gaz carbonique relativement inoffensif et que les hydrocarbures sont parfaitement brûlés pour échapper également en gaz inoffensifs. La figure 2 représente le carburateur en fonctionnement à vitesse réduite, le volet d'air 3 est légèrement ouvert, comparativement au cas de la figure 1, et il en est de meme du volet de gaz 4. Par suite, l'air s'écoule à traverse diffuseur 2 et le passage 16, et est amené dans le collecteur 20 d'admission en s'échappant du passage laissé par le volet de gaz ou l'orifice 7 de ralenti, l'essence venant de la cuve 12 à niveau constant, à travers la dérivation 6, pour etre introduite dans la chambre 1' de carburation par l'orifice 7 de vitesse réduite et le gicleur 8 de ralenti. L'air est alors étranglé au passage du volet 4 des gaz avec augmentation de sa vitesse et diminution de sa pression, et en conséquence l'augmentation de l'essence aspirée, ce qui tenri à produire un mélange plus riche. Mais, du fait de lrinvention, l'extrémité 24 du conduit 23 d'aspiration d'air étant située au voisinage du débouché du volet 4 des gaz, une plus grande quantité d'air est aspirée en raison de la réduction importante de pression engendrée, et cet air est mélangé à l'essence, amenant ainsi la combustion complète dans le cylindre et, de ce fait, l'élimination aussi bien de l'oxyde de carbone que des hydrocarbures non brûlés En fonctionnement du carburateur dans le cas de la figure 3, à vitesse plus élevée, le volet d'air 3 et le volet des gaz 4 étant ouverts tous deux suffisamment, l'air s'écoule à travers le diffuseur 2 en quantité plus élevée et à vitesse accrue, de sorte que la dépression dans le diffuseur est augmentée pour aspirer davantage d'essence du gicleur principal 5. Si cette condition n'était pas modifiée du fait de l'invention, le rapport d'essence dans le mélange, du fait de la plus grande densité de celle-ci, seraitaugmentépour donner un mélange trop riche, ce dont résu-lte une combus- tion incomplète.Mais par l'application du dispositif de l'invention5 la combustion complète est obtenue du fait de la plus grande quantité d'air amenée à travers l'extrémité 24 du conduit 23 d'air, au voisinage du passage laissé par le volet des gaz 4, où est produit une dépression élevée, ce qui en fin de compte éliminera l'oxyde de carbone et les hydrocarbures non brillés Dans les divers cas exposés ci-dessus, la combustion du mélange est complète et le rendement du moteur augmente proportionnellement. On a constaté de ce fait qu'une économie voisine de 107 d'essence peut entre réalisée ce qui a été vérifié par les essais d'un véhicule équipé du nouveau dispositif. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 4 selon laquelle le carburateur fonctionne en périodes de démarrage et d'accélération, une pompe d'accélération 17 est habituellement utilisée afin d'alimenter de l'essence additionnelle dans le carburateur, parce qu'il est nécessaire d'assurer temporairement un mélange plus riche en ces périodes. L'actionnement de la pompe 17 assurera temporairement la richesse du mélange. Il est cependant possible d'obtenir un mélange optimal immédiat, afin de compléter la combustion pour rendre les gaz d'échappement inoffensifs, par le conduit d'aspiration 23 introduisant un complément d'air. La figure 5 est une coupe longitudinale du dispositif combinant un conduit 23 d'aspiration d'air et un raccord ou bride 22 selon l'invention, ne robinet 25 étant complètement ouvert. Ce dispositif est très efficace, que le volet des gaz soit ouvert ou fermé. Il a été constaté dans différents essais,où le débouché 24 du conduit était dans des positions modifiées, que l'efficacité du dispositif pouvait titre remarquablement diminuée ou meme complètement supprimée, par exemple, lorsque l'extrémité 24 traverse horizontalement la bride 22, sans etre recourbée vers le haut, que l'effet était considérablement atténué. Par ailleurs, cette extrémité 24 a été insérée dans diverses parties du collecteur 20 d'admission, sans qu'une efficacité sensible soit constatée. La raison en est que la combustion est produite presque instantanément dans le cylindre après un temps extrtmement court suivant l'aspiration du mélange, il est donc évident que l'air doit etre réparti également et instantanément dans le mélange. Pour obtenir efficacement et complètement l'induction d'air, l'extrémité de ce conduit d'aspiration doit etre relevée vers le haut, selon l'invention. De ce fait, l'air aspiré est dispersé par le mélange admis depuis le dessus et,simultanément, est ramené vers le bas vers l'entrée du collecteur, ce qui réalise un mélange de l'air de manière extremement rapide et régulière, assurant le mélange carburant nécessaire à la combustion complète. De plus, l'extrémité 24 du conduit d'aspiration débouche à proximité du passage libre du volet des gaz à l'amorce d'ouverture et de fermeture, dans laquelle est assuré la dépression la plus. élevée, de sorte que l'apport du complément d'air peut etre effectué progressivement. Dans la réalisation décrite, un seul conduit d'aspiration 23 est représenté.Mais il est possible d'utiliser en variante deux conduits disposées symétriquement, l'un étant dans la position représentbe, de sorte qu'un effet plus bénéfique peut etre obtenu par l'aspiration d'une quantité plus importante d'air, aussi bien pour obtenir la combustion la plus complète du mélange. On donne ci-apres des résultats qui ont été obtenus dans une série d'essais avec le dispositif de l'invention, à titre d'exemple. 1 - Essai quantitatif de CO dans les gaz d'échappement. Essai de l'institut Préfectoral de Recherches Industrielles,Nagano (Japon) Voiture utili- Châssis Distance Type Rotation Carburant sée cylindrée n parcourue Toyota RT-40 Essence 1490 cm3 31,615 km 500 tr/mn (Mitsubishi) RT40 316216 Conditions d'essai : Prélèrement des gaz en fonctionnement à vide à l'échap pement, avec ou sans l'appareil. Résultats : CO 4,9% sans nouveau dispositif : CO 0,2% avec nouveau dispositif 2 - Proportions de CO dans les gaz d'échappement et économie de carburant Essais de la direction de la Police de Yamaguchi (Japon). Résultats Voiture utilisée Sans l'appareil de l'invention Parcours pour 1 litre CO à l'échappement d'essence TOYOTA MS65Z 7,25 km 4,5% " 7,10 km 4,5% " 7,00 km 4,5% " 5,70 km 6,0% NISSAN YH320 7,11 km 4,0% Avec l'appareil de l'invention Premier essai Deuxième essai Parcours pour I CO à Parcours CO à 1 litre d'es- Economie l'échappe~ pour 1 litre Economie l'échappe- sence ment essence ment 7,64 km 5Z 0,5% 7,6 km 4,8% 0,5% 7,90 km 11% 0,5% 8,0 km 12,6% 0,5% 8,14 km 16% 0,5% 7,5 km 7,1% 0,5% 7,40 km 29% 3,4% 7,9 km 38,5% 3,4% 7,89 km 10% 0,4X 7,8 km 9,7% 0,4% Moyenne du Moyenne du premier essai 14,3% - deuxième essai14,5% - Notes : a) La voiture d'essai appartient à l'organisme essayeur. b) En montée de cOte en quatrième vitesse, sans l'appareil il était nécessaire de passer en troisième, par suite d'auto-allumage, ce qui ne s'est pas produit avec l'appareil. 3 - Proprotion de CO dans les gaz,économie de carburant et autres résultats. Association d'entretien du petit équipement de véhicules, Hiroshima (Japon). Appareil de l'invention sans avec Proportion de CO en rotation à vide 5,0% 2,8% à 750 tr/mn Consommation sur 2 km à vitesse 120 cm3 100 cm3 constante de 50 km/h Parcours pour 1 litre d'essence 20 km 24 km économie : 20% Traction à 60 km/h 98 kg 98 kg Auto-allumage à l'accélération brutale Assez élevé Satisfaisant en quatrième vitesse, à 40 km/h Voiture d'essei Daihatsu (1.000 cm3) de 1968 Parcours total 52,700 km Dispositif d'essai Frein dynamométrique (simulateur de route) Tachimètre, compteur de déhit Instruments utilisés de carburant, mesure du CO par infrarouge Appréciation sur route Aptitude en côte montante, en quatrième vitesse, améliorée, ainsi que la réponse à l'accélération rapide 4 - Essais de consommation de carburant, de la firme Suzaka Kanko Taxi Co Ltd (Nagano, Japon) Véhicule Age du Parcours km/h Economie véhicule sans l'appa- avec l'appa- +. reil reil (km) (km/l) (km/l) NEW CORONA 2 mois 9,01 9,48 +0,47 5% RT81 CEDRIC 1 an et 7,56 (*) 10,68 (fl) +3,12 41% 130 1 mois SKYLINE C10 10 mois 9,44 11,14 +1,70 18% CEDRTC 11 mois 7,44 (*) 11,53 (##) +4,09 55% 130 SKYLINE 8 mois 9,73 11,16 +1,43 14,6% Clo CROWN 1 an et 8,85 (###) 10,34 (##) +1,49 16,8% RS50 6 mois CROWN 3 mois 8,47 (#) 9,15 (##) +0,68 8% NEW CEDRIC 5 mois 9,08 (#) 10,75 (##) +1,67 18% 230 Remarques a) * 4 roues à pneumatiques normaux, ## 4 roues à pneumatiques à clous, ix Pneumatiques à clous sur seules roues arrière. b) La proportion de CO diminue-de 0,2% dans tous les cas avec l'appareil de l'invention. c) Résultats exceptionnels d'économie de carburant atteignant environ 50%. Les résultats présentés ci-dessus ne sont qu'une partie des données recueillies dans les essais effectués. Cependant, il en résulte clairement que l'appareil selon l'invention peut contribuer très efficacementaux rembdesà apporter à la pollution de l'air du fait des gaz d'échappement des véhicules automobiles, cette pollution constituant l'un des problèmes sociaux les plus importants dans le monde; en meme temps l'on recueille des avantages considérables d'économie de carburant, par la combustion totale de ltoxyde de carbone et des imbralés On a donné, dans ce qui précède, la mise en oeuvre préférée de l'invention, mais il est évident que celle-ci n'est pas limitée aux dispositifs et éléments décrits, et que des réalisations et adaptations très différentes peuvent etre réalisées, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT ION Dispositif d'élimination des gaz nuisibles de l'échappement des véhicules à essence utilisant un carburateur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'un raccord,ou bride métallique,est inséré entre l'extrémité inférieure de la chambre de mélange du carburateur, et l'orifice d'aspiration du collecteur d'admission, un conduit d'aspiration d'air, traversant latéralement cette bride ou raccord, l'extrémité de ce conduit étant recourbée vers le haut afin de déboucher au voisinage du passage délimité par le volet des gaz à la fermeture et à l'ouverture, I'autre extrémité du conduit étant reliée à l'épurateur d'air du carburateur, et un robinet de réglage étant inséré dans ce conduit d'aspiration.