Brevet FR2264182A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne un dispositif économiseur d'essence, notamment sur moteur de véhicule automobile. On a déjà proposé pour réduire la consommation d'essence d'un moteur à carburateur d'humid@fi r l'air d'admission au moteur en faisant passer cet air sur un produit spongieux imbibé d'eau. Cette façon de faire est inacceptable car le brouillard froid ainsi obtenu ne saurait n aucune façon augrienter le rendement du moteur. I1 est certainement préférable, comme on l'a également proposé, de se servir de l'eau de refroidissement du moteur comme source thermique pour que la vapeur d'eau échauffée par cette eau et introduite dans l'air d'admission soit à une température fonction de celle de l'eau arrivant au radiateur, ladite vapeur pouvant d'ailleurs provenir du radiateur lui-meme. Mais la vapeur d'eau ainsi amenée à l'admission d'ar est une vapeur saturée qui se condensera inévitablement dans les parties froides en aval, notamment dans le carburateur. D'un autre côté, son débit est insuffisant et en tout cas ne peut rester constamment adapté à la puissance variable fournie par le moteur. On a enfin proposé d'introduire, dans l'espace intermédiaire entre le filtre a ai-r et le carburateur, de la vapeur d'eau provenant d'un echangeur thermique traversé par les gaz d'échappement du moteur et recevant d'autre part l'eau liquide à vaporiser à partir d'une cuve à niveau constant comportant flotteur et pointeau. Ce dispositif connu de l'art antérieur pèche par l'inconvénient suivant. La vapeur arrivant à l'admission d'air filtré est ici encore une vapeur saturée qui se condensera inévitablement dans les parties froides en aval, notamment dans le carburateur D'un autre coté, ce dispositif ne semble régler le débit d'eau qu'en fonction de la faible dépression, d'ailleurs très peu variable, régnant dans le circuit d'admission d'air filtré, ce qui est notoirement insuffisant pour que ce débit d'eau reste constamment adapté à la puissance variable fournie par le moteur, les phénomènes de calé- faction pouvant d'ailletlrs contrecarrer les transferts d'eau vers il échangeur. La présente invention a pour but de proposer un dispositif économiseur d'essence qui permette d'éliminer les inconvénients signalés. L'invention partant du dispositif comportant, d'une part un circuit d'admission d'eau à partir d'un réservoir d'eau liquide et d'une cri a niveau constant, d'autre pnrt un échangeur ther mique utilisant la cheleur sens@ble des gaz d'écha@@-ment pour faire passer cet@e eau à l'état de vapeur, introduite finalement dans le circuit d'admission dair au noteur, propose cour satisfaire au ut poursuivi un tel dispositif caractérisé en ce que l'échangeur thermique est doté, entre un gicleur, foi tement isolé au point de vue thermiciue, d'arrivee d'eau liquide à une première extrémité et une tubulure de départ de vapeur à son autre extrémité, d'un pouvoir de transfert thermique -notamment par un choix convenable de divers paramètres tels que dimensions de la paroi de transfert, matériau constitutif, ailettes extérieures à cette paroi- tel que la vapeur sortante soit à une température de surchauffe suffisante pour qu'il n'y ait aucun risque de condensation de cette vapeur avant son arrivée dans les cylindres, et en ce que ledit circuit d'admission d'eau est place sous la pression des gaz d'échappement au moyen d'un tube piqué sur le conduit de ces gaz et débouchant dans le haut de la cuve à niveau constant, de façon que le débit d'eau varie en raison directe de cette pression, considérée comme représentative de la puissance actuelle fournie par le moteur. Comme on le verra plus clairement par la suite, ce dispositif suivant l'invention permet non seulement d'éviter,les inconvnients signalés, mais d'arriver à des économies substantielles d'essence. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif suivant l'invention monté sur un moteur à carburateur de véhicule automobile - la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur thermique agissant en bouilleur-surehauffeur d'eau - la Fig. 3 est une vue en coupe d'une cuve à niveau constant et de circuits électriques associes - la Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'un houilleursurchauffeur de forme tres simplifiée. Tel qu'il est représenté à la Fig. 1 , un dispositif économi- seur suivant l'invention cornporte essentiellement une source d'eau liquide constituée par un réservoir 11 en charge oui a été rempli d'eau aussi douce que possible par un orifice 11a ferme par un bouchon étanche llb. Du fond de ce réservoir part un conduit 13 plongeant dTns une cuve 15, OU i 'eau reste à un niveau constant N pour les raisons vues ci-après ; du fond de cette cuve 15 part un conduit 17 d -ouciDa.t par un gicleur 18 dans un bouilleur-surchauffeur 19, qui est un échangeur thermique utilisant la chaleur sensible des gaz d'échappement pour faire passer l'eau liquide arrivant par le gicleur à l'état de vapeur saturée puis surchauffée et qui est disposé à la suite de la tubulure d'échappement, aussi près que possible de la culasse, Sur le conduit d'échappement et de préférence en amont du bouilleur-surchauffeur t9 est piqué un conduit 23 aboutissant à la partie haute de la cuve 15 précitée, où règne par conséquent une pression égale à celle des gaz d'échappement au point de piquage du conduit 23.De la partie haute de la cuve 15 part1 à un niveau de préférence proche du plafond de cette cuve, un conduit 25 débouchant lui-même à la partie haute du réservoir 11. On voit dans ces conditions que ladite pression des gaz dtéchappement est appliquée au niveau de l'eau dans le réservoir 11. en sorte que l'eau est transférée de façon simple (c'est-à-dire sans flotteur ni pointeau) du réservoir il à la cuve 15 par le conduit 13 jusqu'à obturation du débouché du conduit 25 dans la cuve, ce débouché définissant par conséquent un niveau quasiconstant N de l'eau dans la cuve. Comme la pression des gaz d'échappement au point de piquage est en fonction directe de la puissance actuellement développée par le moteur, le débit d'eau introduite dans le bouilleur-surchauffeur 19 se trouve automatiquement lui-aussi être en fonction directe de cette puissance, donc dans une large mesure du débit d'essence arrivant actuellement au moteur, cette correspondance étant établie sans utilisation d'aucun asservissement plus ou moins compliqué. L'eau arrivant par le gicleur dans le bouilleur-surchauffeur 19 est immédiatement soumise à un échange thermique qui, dès son entrée, la fait passer à l'état de vapeur saturée puis, progressivement, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du gicleur,à l'état de vapeur surchauffée de température croissante sous pression sensiblement constante. Cette vapeur surchauffée est aspirée par un conduit 27 débouchant dans le circuit d'admission d'air entre le filtre à air 29 et le carburateur 31, de préférence à faible distance de celui-ci. Le niveau constant N de l'eau dans la cuve 15 est pris de préférence inférieur à celuI du gicleur 18, de façon que, au ralenti, la pression des gaz d'echap,pement soit insuffisante pour provoquer une arrivée d'eau au bouilleur-surchauffeur. On se propose maintenant de décrire de façon plus détaillée un exemple de bouilleur-surchauffeur 19 pouvant convenir au dispositif suivant l'invention (Fig. 2). Cet échangeur comprend essentiellement un conduit central 19a des gaz d'échappement et un conduit annulaire cylindrique 19b de vapeur enveloppant le précédent ; dans le conduit 19b débouchent à une première extrémité le gicleur précité d'arrivée d'eau liquide 18 et à l'autre extrémité une tubulure de sortie de vapeur surchauffée 19c à laquelle se raccorde le conduit 27 précité ces deux dernier éléments 18, 19c sont disposés de façon que la vapeur produite circule à contre-courant des gaz d'échappement. L'échangeur ainsi réalisé est conçu de façon à utiliser au mieux la chaleur sensible des gaz d'échappement, ce qui amène à le munir d'ailettes t9d extérieures au conduit central 19a. On observera, d'une part que le gicleur 18 est séparé de l'enveloppe 19e du bouilleur par un joint isolant thermique 18a, de façon à empeeher l'eau de se vaporiser avant sa sortie du gicleur, d'autre part que la sortie du gicleur est suffisamment éloignée du point chaud en vis-à-vis du conduit 19a des gaz pour que le phénomène de caléfaction ne puisse gêner la sortie d'eau du gicleur. Suivant d'autres développements du dispositif de base ainsi décrit, les accessoires suivants présentent un intérêt certain - un robinet thermostatique 17a interposé sur le conduit 17 et répondant à un signal fourni par un capteur gn représenté) de la température d'une paroi à forte inertie thermique du conduit des gaz d'échappement, en amont immédiat du bouilleur, pour fermer le conduit 17 lorsque ladite température n'a pas atteint un seuil prédéterminé, ce qui correspond au souci d'éviter à froid toute introduetion d'eau liquide dans le carburateur - un système de réchauffage de l'eau dans la cuve à niveau constant (voir aussi Fig. 3) et comportant une résistance 16 alimentée par la batterie du véhicule par l'intermédiaire de thermostats 15a, 15b répondant à des seuils prédéterminés de température ea, eb, par exemple 650 C et 85 e C respectivement, de l'eau dans la cuve pour que - au-dessous de ea, le thermostat 15a coupe par une électro-vanne 17b tout débit d'eau dans le conduit 17 - au-dessus de Eb le thermostat 15b coupe par lui-même le courant d'alimentation de la résistance chauffante. Des experiences ont été faites sur une voiture Citroën de il chevaux à traction avant alt moyen d'un dispositif suivant l'invention mais rudimentaire par rapport à celui décrit ci-dessus. Ce dispositif comportait (voir Fig. 4) un bouilleur-surchauffeur 1n' en forme de bloc cylindrique à paroi latérale extérieurement filetée {diamètre extérieur 28 mm), destinée à s 'en?;ager dans un taraudage pratiqué dans la paroi de la tubulure d'échappement 21'. Dans ce bloc étaient percés deux alésages, l'un de faible diamètre (4 mm) pour l'arrivée d'eau liquide par un conduit 17', l'autre de fort diamètre (t4 mm) pour le départ de vapeur surchauffée par un conduit 27', ces ('eux alésages communiquant inférieurement. L'eau liquide provenant d'un réservoir en charge par l'intermédiaire du conduit 17' comportait un robinet réglable à la main. Enfin, la vapeur surchauffée était envoyée par le conduit 27' au circuit d'admission d'air en amont du carburateur. Ces e périences ont donné notamment les résultats suivants - consommations comparees d'essence sur le même trajet, d'une part sans introduction de vapeur 11,0l/100 km d'autre part avec introduction de vapeur 7,8 l/100 km - le débit moyen d'eau sur le trajet effectué avec introduction de vapeur a été de 850 cm3 /100 km - l'économie d'essence réalisée a donc été de l'ordre de 30 % Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentes, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela de son esprit. C'est ainsi, par exemple, qu'elle est applicable aux divers types de moteurs à explosion à carburateur, notamment alternatifs ou rotatifs, à quatre temps ou à deux temps. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif économiseur de l'essence consommée par un moteur à explosion notamment d'automobile compo@tant, d'une part un circuit d'admission d'eau à partir d'un réservoir d'eau liquide et d'une cuve a niveau constant, d'autre part un échangeun -h-rnicue utilisant la chaleur sensible des gaz d'échappement pour faire passer cette eau à l'état de vapeur, introcuite @inalement dans le circuit d'admission d'air au moteur, entre le filtre @ air et le carburateur, caractérisé en ce que l'échan@eur thermique (193 est doté, entre un gicleur (18), fortement isolé au point de 'îue thermique, d'arrivée d'eau liquide à une première extrémité et une tubulure (19c) de départ de vapeur à son autre extrémité, d'un pouvoir de transfert thermique - notamment par un choix convenable de divers paramètres tels que dimensions de la paroi de transfert, matériau constitutif, ailettes esterieures à cette paroi - tel- que la vapeur sortante soit à une température de surchauffe auffisante pour qu'il n'y ait aucun ris que de condensation ae cette vapeur avant son arrivée dans les cylindres, et en ce que ledit circuit d'admission d'eau est placé sous la pression Ces gaz d'échappement au moyen d'un tube (23) piqué sur le conduit de ces gaz et débouchant dans le haut de la cuve à niveau constant (15), de façon que le débit d'eau varie en raison directe de cette pression, considérée comme représentative de la puissance actuelle fournie par le moteur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve à niveau constant (15) comporte de façon connue, en dehors du tube (23) de transmission de la pression d'échappement et d'un tube (17) de transfert d'eau ait gicleur, d'une part un troisième tube (13) venant de la partie basse du réservoir et plongeant dans la cuve et, d'autre part, venant de la partie haute du réservoir, un quatrième tube (25) dont le débouché infé- rieur dais la cuve détermine le niveau constant de l'eau dans celle-ci. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cuve est à un niveau îiiférieur au gicleur. 4 - Dispositif selon i rovendication 2, caractérisé cii ce que le tube (17) d'arrivée d'eau au gicleur présente un robinet thermostatique (17a) commandé par un capteur de la température d'une paroi à forte inertie thermique du conduit des gaz d'échappement, en amont immédiat du bouilleur, de façon à couper l'arrêt d'eau au gicleur lorsque ladite température est inférieure à ur seuil prédéterminé. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cuve à niveau constant comporte une résistance chauffante alimentée par la batterie du véhicule,par l'intermédiaire de thermostats 15a et tout t5b répondant à des seuils prédéterminés de température, le premier coupant au-dessous de son seuil l'arrivée d'eau au gicleur, le second coupant au-dessus de son seuil l'alimentation électrique de la résistance.