Brevet FR2258537A1 — publié le 19750818

La présente invention concerne un carburateur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Dans des carburateurs équipant des moteurs à combustion interne, la quantité d'essence admise pour former le mélange destiné à produire les explosions dans les cylindres est déterminée par l'effet d'aspiration produit au niveau du gicleur. Cet effet d'aspiration est lui-meme contrôlé par pivotement d'un papillon en forme de disque qui permet, en fonction de son inclinaison, le passage d'une quantité plus ou moins grande du mélange air-essence. Les causes qui déterminent la pollution par des gaz d'échappement sont dues en grande partie au fonctionnement du carburateur classique proprement dit et sont principalement imputables à la présence du papillon qui est utilisé depuis l'origine des carburateurs ainsi que du gicleur d'atomisation. L'essence qui n a pas été réduite sous forme de gouttelettes suffisament microscopiques par le gicleur ne trouve pas suffisamment d'oxygène à proximité pour produire une explosion sans laiser un excès d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrAlés. Dans un carburateur classique muni d'un papillon en forme de disque, une partie des gouttelettes d'essence est projetée sur la face supérieure du papillon et se réagglomère pour former à nouveau des gouttes qui sont dirigées vers les cylindres sans réatomisation et qui s'écoulent le long de la paroi du tube d'admission jusqu a l'intérieur de la chambre d'explosion. Pour réduire les effets polluants de ces gouttes d'essence reconstituées, on a éliminé suivant l'invention le papillon pivotant et on l'a remplacé par une ouverture centrale qui s'élargit suivant le principe de l'iris, c'est-à-dire qu'un doigt de commande permet d'agrandir l'ouverture centrale depuis la valeur minimale nécessaire pour laisser passer la quantité de mélange correspondant à la marche au ralenti jusqu'à une valeur maximale nécessaire pour l'accélération jusqu a la vitesse maximale de rotation du moteur. L'ouverture d'iris, quel que soit son diamètre, est toujours placée au centre de la chambre de carburation de sorte qu'il ne se reproduit pas de recondensation des gouttelettes d'essence car elles ne rencontrent pas d'obstacles avant d'entre parfaitement homogénéisées avec l'air aspiré. Pour obtenir une atomisation bien plus fine de l'essence que dans des carburateurs comportant un gicleur, on a conçu un système d'injection qui comprend un injecteur d'essence dans lequel la pression nécessaire pour produire l'atomisation est engendrée par une pompe placée en amont du gicleur. Plus particulièrement, le carburateur de l'invention comprend un corps délimitant une chambre de carburation pourvue, à une extrémité, d'une entrée d'air et, à l'autre extrémité, d'une sortie de mélange air-essence, un injecteur d'essence placé dans la chambre et comportant un orifice de sortie d'essence qui est situé sur le bord transversal de la chambre entre ses extrémités I1 est prévu dans l'injecteur des moyens pour régler les dimensions de l'orifice en vue de commander la quantité d'essence admise dans la chambre. Un diaphragme de commande d'air à iris s'étend transversalement à la chambre entre l'orifice de sortie de l'injecteur et l'orifice de sortie de mélange, le diaphragme délimitant une ouverture centrale qui entoure l'orifice de sortie d'injecteur. I1 est prévu des moyens pour faire varier l'ouverture de diaphragme depuis une dimension minimale correspondant au ralenti du moteur jusqu'à une dimension maximale correspondant à la vitesse maximum de rotation du moteur. Enfin, il est prévu des moyens pour actionner simultanément et conjointement le dispositif de commande d'injecteur et le dispo sitf de variation des dimensions d'ouverture de diaphragme pour proportionner suivant un rapport constant l'écoulement d'essence injectée par l'injecteur et l'écoulement d'air pouvant passer au travers de l'ouverture de diaphragme à n'importe quelle vitesse de rotation du moteur. Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, l'injecteur comprend un corps creux. pourvu d'une partie cylindrique qui est ouverte à l'extrémité opposée au diaphragme, cette partie étant suivie par une partie conique se terminant à l'extrémité rapprochée du diaphragme dans l'orifice de sortie-d'essence. L'injecteur comprend en outre une aiguille pourvue d'une partie cylindrique pouvant coulisser dans la partie cylindrique de corps t rulvie par une partie conique dont le profil correspond sensn ement à celui de la partie conique du corps. La partie conique d'squille comporte à son sommet une pointe effilée de forme conique qui est mobile au travers de l'orifice de sortie d'injecteur afin d'engendrer une atomisation de essence aux basses vitesses de rotation du moteur.Les moyens opérant simultanément et conjointement sont reliés à l'aiguille de façon à assurer son mouveinent alternatif rectiligne dans le corps en vue de contrôler 1'é- coulement d'essence passant dans l'orifice de sortie d'injecteur. De préférence, le diaphragme à iris comprend un anneau stationnaire, un anneau tournant et une série de lames incurvées et se recouvrant de manière à délimiter l'ouverture, ces lames étant articulées par une extrémité sur l'anneau fixe et étant engagées de façon coulissante par l'autre extrémité dans des fentes ménagées dans l'anneau tournant. Egalement, le moyen de variation de dimension d'ouverture du diaphragme comprend un doigt de manoeuvre fixé sur l'anneau tournant et faisant saillie radialement afin qu'une rotation de ce dernier sous l'impulsion du doigt produise un pivotement des lames et une variation de la dimension de l'ou- verture d'iris. Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, les moyens opérant simultanément et conjointement comprennent une biellette pouvant pivoter à une extrémité et reliée par l'autre extrémité à la partie cylindrique d'aiguille de manière que, lors de son pivotement, elle engendre un mouvement alternatif rectiligne de l'aiguille, une barre animée d'un mouvement alternatif rectiligne et reliée au doigt de façon qu'un mouvement alternatif rectiligne de ce dernier produise un mouvement curviligne du doigt en vue de faire varier la dimension de l'ouverture de diaphragme. Enfin, une tringlerie relie la biellette pivotante et la barre à mouvement alternatif de façon à établir une proportionnalité constante entre la dimension de l'ouverture de diaphragme et celle de l'orifice d'injecteur à toutes les vitesses de rotation du moteur. La quantité exacte d'essence admise et la pression établie par la pompe doivent être ddterminées en concordance avec les caractéristiques du moteur, avec sa charge, avec son taux de compression, avec sa vitesse de rotation normale, etc ..... Les moyens opérant simultanément et conjointement doivent être actionnés par la pédale d'accélérateur de façon qu'un abaissement de cette pédale commande simultanément l'écoulement d'essence et l'ouverture permettant le passage du mélange air-essence. I1 est évident que les avantages principaux des deux dispositifs combinés consistent en premier lieu en un proportionnement précis de l'essence utilisée et en second lieu en une possibilité d'obtenir une homogénéisation parfaite de l'air et de l'essence du fait qu'une atomisation par injection est bien meilleure qu'une atomisation par gicleur et qu'aucun obstacle immédiat n'est placé en amont de l'orifice de sortie des gouttelettes d'essence. En outre, pendant une décélération, la pédale d'accélérateur étant complètement relachée, l'orifice central se ferme immédiatement et l'écoulement d'essence provenant du conduit d'entrée dans l'injecteur est pratiquement arrêté. Le seul écoulement d'essence autorisé correspond à la quantité nécessaire pout le ralenti de sorte que le moteur ne cale pas lors d'une décélération trop prolongée. I1 est évidemment possible d'installer sur ce carburateur certains accessoires tels qu'un papillon, un dispositif à solénoî- de monté sur la tringle d'accélérateur et destiné à couper l'alimentation en essence par désexcitation, un filtre à air et différentes tuyauteries servant à utiliser la dépression en-dessous du carburateur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en perspective du carburateur de l'invention dont le corps a été représenté en vue arrachée pour montrer l'intérieur de la chambre de combustion. Fig. 2 est une vue en élévation schématique du carburateur de la figure 1. Fig. 3 est une vue en élévation et en coupe du carburateur de la figure 1. Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3. 6 3 6 et 7 sont des vases en plan de parties du diaphragme a 115 dans d-s différentes postions des lames de fermeture, et Fig. 8 est une coupe partielle suivant la ligne 8-8 de la figure 5. En référence aux dessins, le carburateur comprend un corps 2 délimitant une chambre de carburation 3 comportant à sa partie supérieure une entrée d'air et à son extrémité inférieure un orifice de sortie de mélange air-essence qui est relié par l'intermédiaire d'une bride classique 4 à un tube d'admission, non représenté. L'air aspiré par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée traverse la chambre 3 vers le haut et passe par l'orifice central 6 d'un diaphragme à iris 8 avant d'atteindre l'orifice de sortie de mélange. L'essence provient d'un réservoir 10 et est aspirée par une pompe 12 par l'intermédiaire d'un tuyau 14. L'essence mise en pression par la pompe 12 est refoulée dans un tuyau 16 puis dans un injecteur 18. Comme indiqué sur les figures 1 et 3, l'injecteur 18 comporte un orifice de sortie d'essence 20 qui est placé au cen- tre de la chambre 3. L'injecteur 18 comporte un corps creux pourvu d'une partie cylindrique 22 ouverte à son extrémité supérieure et suivie par une partie conique 24 se terminant par un orifice 20. A l'intérieur de l'injecteur 18, il est prévu une aiguille 21 comportant une partie cylindrique 26 et pouvant coulisser dans la partie 22, cette partie étant suivie par une partie conique 28 dont la forme correspond à celle de la partie conique 24 du corps d'injecteur. La partie d'aiguilles 28 comporte à son sommet une pointe conique effilée 30 mobile au travers de l'ouverture d'iris 6 afin de produire une fine atomisation de l'essence aux basses vitesses de rotation du moteur. Un jeu minimum est prévu entre les parties 22 et 26 pour permettre un mouvement de glissement sans altérer l'étanchéité au fluide. Cette dernière peut être améliorée à l'aide de deux bagues toriques 29. L'extrémité supérieure de la partie cylindrique 26 de l'aiguille 21 est filetée et reçoit deux écrous 32 qui, en réagissant sur l'extrémité supérieure de la partie cylindrique 22, permettent de régler la position de l'aiguille dans l'injecteur 18 de manière à définir le volume minimal entre les parties coniques 24 et 28 dans lequel débouche le tuyau d'alimentation 16. Ce volume déter- mine le passage d'une quantité minimale d'essence qui est mélangée à une quantité proportionnelle d'air afin de former le mélange explosif. Un mouvement de l'aiguille 21 et une ouverture du diaphragme 8 sont produits simultanément et conjointement par la pédale d'accélération d'une manière qui sera décrite dans la suite.En bref, l'orifice 6 de passage d'air est automatiquement modifié et réglé en même temps que la position de l'aiguille 21 afin de faire en sorte que la quantité d'air admis soit toujours proportionnelle à la quantité d'essence sortant de l'injecteur 18.I1 se produit une homogénéisation de l'air et de l'essence à partir et en-dessous de l'orifice 20. Aux basses vitesses de rotation du moteur, la quantité d'essence sortant de l'injecteur 18 est relativement faible et bien inférieure au débit nominal de la pompe 12. En conséquence, pour éviter une surpression dans la pompe, dans le tuyau 16 et dans l'inJec- teur 18, il est prévu un conduit de dérivation 34 canalisant l'ex- cès d'essence non injectée de manière à la renvoyer au réservoir 10. Le conduit de dérivation 34 comporte une soupape d'arrêt 35 munie d'une tête d'obturation 37 obturant le conduit 34 à l'aide d'une tige 39 pouvant coulisser au travers d'un écrou de blocage 41 réglable qui s'appuie contre un ressort 43 situé entre lui et la soupape 37.Un serrage ou un desserrage de l'écrou 41 augmente ou réduit la tension du ressort 43 en vue de régler la pression à laquelle la tête de soupape 37 se soulève pour permettre le passage d'un excès d'essence qui peut alors revenir au réservoir 10. Comme indiqué ci-dessus,l'aiguille d'injecteur 21 et l'orifice d'iris 6 sont réglés conjointement de manière à proportionner suivant un rapport constant l'écoulement d'essence injectée par l'injecteur 18 et l'écoulement d'air pouvant passer par l'orifice d'iris 6 à toutes les vitesses de rotation du moteur. En référence à la figure 1, on obtient un déplacement linéaire de l'aiguille 21 par mouvement de basculement d'une biellette à deux branches 36 qui est fixée sur un axe 38 monté transversalement au corps 2 du carburateur, les extrémités libres des branches de la biellette 36 comportant des fentes allongées 40 pouvant recevoir librement les extrémités d'un axe transversal 42 fixé sur l'extrémité supérieure de l'aiguille 21. L'axe 38 porte un bras radial 44 dont l'autre extrémité est fixée sur un pivot 46 d'un levier 48 dont l'autre extrémité est articulée sur l'extrémité supérieure d'un élément d'aetion- nement 50. Ce dernier est fixé par son autre extrémité sur une barre de comm.marde 52, une plaquette 54 donnant de la rigidité à l'élément d'actionnement 50. On voit par conséquent qu'un mouvement de la barre de commande 52 vers la gauche produit un déplacement similaire du levier 48, ainsi qu'une rotation du bras 44, de l'axe 38 et de la biellette 36 dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui engendre un mouvement de soulèvement de l'aiguille 21 et le passage d'une plus grande quantité d'essence dans l'orifi- ce 20.Un mouvement de la barre de commande 52 vers la droite produit évidemment l'effet inverse, c'est-à-dire une diminution de l'écoulement d'essence. Un ressort 43 placé entre le corps de carburateur 2 etunoeillet 45 prévu sur l'axe 38 pousse ce dernier et la biellette 36 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire de manière à faire buter les écrous 32 contre l'extré- mité supérieure de la partie cylindrique 22 de l'injecteur. Le diaphragme à iris 8 est d'une construction classique et comprend un corps comportant un anneau fixe 56 (figure 8), un anneau tournant 58 et une série de lames ou volets 60 incurvés, minces, se recouvrant, délimitant une ouverture et articulés par une extrémité à l'aide de pivots 62 sur l'anneau fixe 56 tandis qu'ils comportent à l'autre extrémité des tétons 64 qui peuvent coulisser dans des fentes radiales 66 ménagées dans une face latérale de l'anneau tournant 58. Pour faciliter la compréhension de la description, on a représenté seulement deux lames 60 sur les dessins. La figure 5 représente le diaphragme dans sa position d'ouverture totale, la figure 6, dans sa position d'ouverture moyenne et la figure 7 dans sa position d'ouverture minimale correspondant au ralenti du moteur. Egalement, l'anneau tournant 58 a été supprimé mais deux de ses fentes 66 ont été représentées afin d'illustrer le principe de l'invention. Par rotation de l'anneau 58 dans le sens des aiguilles d'une montre, (en regardant la figure 7), les lames sont obligées de pivoter autour de leur pivot 62 tandis que les tétons 64 coulissent dans les fentes 66 de sorte que les lames 60 se déplacent de manière à élargir l'ouverture formée comme indiqué sur les figures 6 et 5, l'anneau représenté en trait interrompu au centre montre comment l'ouverture est finalement formée lorsque toutes les lames 60 interviennent. L'anneau tournant 58 est entraîné en rotation par un doigt d'actionnement 68, visible sur la figure 1. La barre de commande 52, actionnée par la pédale d'accélérateur par l'intermédiaire d'une tringlerie classique, coulisse dans des fentes 69 de deux bras de guidage 71 s'étendant dans le plan du diaphragme 8. I1 est également prévu un prolongement latéral 70 comportant une fente 72 dans laquelle coulisse un téton 74 faisant saillie de l'extrémité extérieure du doigt de commande 68. Le description faite ci-dessus montre que, lorsque la barre de commande 52 est déplacéevers la gauche en opposition à la poussée du ressort 43 et quandlapédale d'accélération est abaissée, le doigt 69 fait tourner l'anneau 58 dans le sens des aiguilles d'une montre en provoquant un agrandissement de l'ouverture d'iris 6. Simultanément l'orifice d'injecteur 20 devient plus grand à mesure que l'aiguille 21 monte. La figure 3 montre que la section droite du passage dégagé dans les parties coniques de l'injecteur 18 est toujours plus petite que la section droite du tuyau d'entrée 16 afin d'empêcher une chute de pression dans l'orifice de sortie d'essence 20. La quantité d'essence injectée lorsque l'injecteur 18 est ouvert au maximum doit être proportionnelle à la fois à la pres sionnaximale créée par la pompe et déterminée par la soupape d'arrêt 35 et par le passage dégagé entre la base de l'aiguille 21 et la base du corps d'injecteur 18. Cette quantité d'essence, du fait des différents réglages possibles, correspond aux impératifs du moteur en ce qui concerne la vitesse maximale de rotation. I1 est évident également qu'on peut obtenir entre les conditions minimale et maximale de l'injecteur 18 et du diaphragme 8 toutes les conditions intermédiaires mais que,dans chacune d'elles, le rapport entre la quantité d'air et la quantité d'essence reste constant Dans le cas de moteurs de faible cylindrée et même dans le cas de moteurs de cylindrée moyenne ou bien dans le cas où les performances sont volontairement réduites, l'utilisation du carburateur de l'invention est suffisante pour faire marcher le moteur dans les meilleurs conditions de fonctionnement et d'économie. Cependant pour des moteu-s plus puissants ou bien pour des moteurs destinés à être montés sur des véhicules lourds ou des véhicules de course il est possible d'installer plusieurs carburateurs dans lesquels les réglages d'air et d'essence sont strictement les mSmes,mais qui comportent un système commun de commande d'ouverture et de fermeture. I1 est également possible dans ces conditions de commander, au moins jusqu a ce que le moteur ait attein une vitesse prédéterminée, l'ouverture et la fermeture de seulement certains des carburateurs installés. C'est seulement lorsque cette vitesse prédéterminée a été atteinte que la pédale d'accélérateur produit une ouverture de tous les carburateurs.Cette commande retardée d'ouverture peut être assurée mécaniquement ou bien à l'aide d'un appareil auxiliaire, tel qu'une soupape d'aspiration, une électro-valve, etc... L'utilisation d'une électro-valve permet d'assurer un enrichissement contrôlé du mélange sans modifier la proportion d'air et d'essence qui a été initialement adoptée. I1 est à noter que la longueur du bras radial 44 (figure 1) peut être réglée en faisant coulisser le bras dans le connecteur d'extrémité 46 et en le fixant dans une nouvelle position dans celui-ci. De cette manière, on peut modifier la course totale de l'aiguille 21 en vue de faire varier la quantité d'essence entre un minimum et un maximum. I1 est en outre à noter qu'en établissant à l'aide du carburateur de l'invention un rapport constant entre l'air et 1 'essen- ce à la sortie de la chambre de carburation, on obtient également un rapport constant de certains composants des gaz d'échappement, ce qui permet éventuellement d'utiliser avantageusement des dispositifs anti-pollution de type catalytique comportant une ou deux couches,principalement pour la réduction des oxydes d'azote. REVENDICATIONS 1. Carburateur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, caractérisé en ce qu il comprend un corps délimitant une chambre de carburateur comportant à une extrémité une entrée d'air et à l'autre extrémité une sortie de mélange air-essence; un injecteur d'essence placé dans la chambre et comportant un orifice de sortie d'essence placé au centre transversal de ladite chambre entre lesdites extrémités; un moyen prévu dans l'injecteur pour commander la dimension dudit orifice en vue de régler la quantité d'essence introduite dans la chambre; un diaphragme de commande d'air à iris s' étendant transversalement à la chambre entre l'orifice de sortie d'injecteur et la sortie de mélange, ledit diaphragme délimitant une ouverture centrale qui entoure l'orifice de sortie d'injecteur; un moyen pour faire varier l'ouverture de diaphragme d'une dimension minimale correspondant au ralenti du moteur jusqu'à une dimension maximale correspondant à la vitesse maximale de rotation du moteur et des moyens actionnant simultanément et conjointement la commande d'injecteur et les moyens de variation de dimension d'ouverture de diaphragme pour proportionner suivant un rapport constant l'écoulement d'essence injectée par l'injecteur et l'écoulement d'air passant au travers de l'ou- verture de diaphragme à n'importe quelle vitesse de rotation du moteur. 2. Carburateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur comprend un corps creux pourvu d'une partie cylindrique ouverte à l'extrémité éloignée du diaphragme et suivie par une partie conique se terminant à l'extrémité rapprochée du diaphragme par ledit orifice de sortie d'essence, en ce que l'injecteur comprend en outre une aiguille comportant une partie cylindrique pouvant coulisser dans la partie cylindrique du corps et suivie par une partie conique d'un profil correspondant à celui de la partie conique du corps,ladite partie conique d'aiguille comportant à son sommet une pointe conique effilée qui est mobile au travers de l'orifice de sortie d'injecteur pour produire une atomisation de l'essence aux basses vitesses de rotation du moteur, lesdits moyens agissant simultanément et conjointement étant reliés à l'aiguille afin d'assurer son mouvement alternatif rectiligne dans ledit corps en vue de contrôler l'écoulement d'essence passant par l'orifice de sortie d'injecteur. 3 Carburateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le diaphragme à iris comprend un anneau fixe,un anneau tournant et une série de lames incurvées, se recouvrant, délimitant une ouverture, articulées par une extrémité sur l'anneau fixe et pouvant coulisser par l'autre extrémité dans des fentes radiales de l'anneau tournant, en ce que lesdits moyens de variation de dimensions d'ouverture dudit diaphragme comprennent un doigt d'actionnement fixé sur l'anneau tournant et faisant saillie radialement afin qu'une rotation de cet anneau sous l'effet du doigt produise un pivotement des lames et une variation de la dimension de l'ouverture d'iris. 4. Carburateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens agissant simultanément et conjointement comprennent une biellette pouvant pivoter à une extrémité et reliée par son autre extrémité à la partie cylindrique d'aiguille de manière qu'un pivotement de ladite biellette produise un mouvement alternatif rectiligne de l'aiguille, une barre pouvant se déplacer alternativement de façon rectiligne et reliée au doigt de manière que son mouvement alternatif rectiligne produise un déplacement curviligne du doigt peur faire varier la dimension de l'ou- verture de diaphragme et une tringle rie reliant la biellette pivotante à la barre à mouvement alternatif peur établir une proportionnalité constante entre la dimension de l'ouverture de diaphragme et celle de l'orifice d'injecteur à toutes les vitesses de rotation du moteur.