Brevet FR2287588A1 — publié le 19760507

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant d'améliorer la carburation des moteurs à explosion en augmentant l'homogénéité du mélange air-essence alimentant la chambre de combustion. Le procédé conforme à l'invention consiste à diriger les vapeurs du mélange air-essence sortant du carburateur vers au moins un cyclone où les vapeurs sont soumises à un mouvement de centrifugation, à chauffer les parois du cyclone de façon à provoquer la vaporisation d?une partie des gouttelettes, à recueillir les gouttelettes restantes dans une chambre de collecte, à les diriger dans un vaporiseur, à les refouler dans le circuit du mélange et à envoyer le mélange gazeux ainsi homogénéisé vers la chambre de combustion. Le dispositif conforme à l'invention comprend au moins un homogénéiseur destiné à être branché en aval sur un carburateur et en amont sur la chambre de combustion, lthomogénéiseur étant un cyclone qui comprend une canalisation d'arrivée du mélange air-essence en provenance du carburateur, un diffuseur conférant au mélange air-essence un mouvement de centrifugation, une canalisation de sortie dudit mélange débouchant dans la chambre de combustion, une chambre de collecte où se rassemblent les gouttelettes d'essence non vaporisées, un conduit d'évacua- tion des gouttelettes d'essence vers un ;vaporiseur ou vers le réservoir de carburant et une conduite d'évacuation de l'essence dans le circuit vaporisé du mélange air-essence. En utilisant ce dispositif, on obtient un mélange airessence bien homogénéisé assimilable à un aérosol. A pleine puissance, on constate - une diminution de la consommation spécifique de 10 à 25% suivant le régime; - des émissions de C0 de 0,1 à 0,4 % au lieu de 5,5 à 7 %; - des émissions d'hydrocarbures de 500 ppm au lieu de 1500 à 2000 ppm; - des émissions de NO de 3000 à 4000 ppm au lieu de 2000 à 1500. Aux charges partielles, le gain de rendement est de 25 à 30 %0 et le moteur peut être alimenté avec un mélange pauvre à 0,70 % d'essence, cé qui est favorable à une faible émission des oxydes d'azote. L'utilisation d'un mélange pauvre augmente également le rendement aux charges partielles. L'utilisation du dispositif entraîne une très faible diminution de la puissance maximale inférieure à 5 % aux bas régimes et une diminution de l'ordre de 2 % à la puissance maximum. Il permet d'obtenir des émissions en G0 et en hydrocarbures nettement inférieures aux normes actuelles.. L'utilisation de mélanges pauvres aux charges partielles permet de réduire aussi les émissions de NO. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente une vue générale du dispositif. La figure 2 représente un cyclone à alime-ntation tangentielle. La figure 3 représente un cyclone à-alimentation axiale. La figure 4 est une variante de réalisation d'un cyclone à alimentation axiale. Sur toutes ces figures, les organes identiques portent les mimes références. Comme on le voit à la figure 1, le dispositif conforme à l'invention comprend un cyclone 1 qui est placé entre le carburateur 2 et une chambre de combustion 3 d'un moteur à explosion. La liaison entre le carburateur 2 et le cyclone 1 est faite par une bride 4 au niveau du papillon des gaz 6. Le conduit 5 d'arrivée du mélange débouche dans un cylindre équipé d'un coma 7 et d'aubades fixes 8 et 9 qui donnent au mélange un mouvement de centrifugation. Le cyclone, qui est entouré d'une jaquette de réchauffage 10, est relié à la chambre de combustion 3 par le conduit 11 dont l'embouchure 12 au fond du cyclone est entourée d'un déflec-. teur annulaire conique 13 et de plusieurs baffles 14 qui suppriment. les remous et permettent un écoulement rapide de l'essence en dessous desquels se trouve une chambre de collecte 15 des goutte lettes d'essence. La pompe 16 est reliée d'une part au fond de la chambre de collecte par le conduit 17,et d'autre part à un vaporiseur 18 pour déboucher au sommet du cyclone par le conduit 19. En variante, la pompe peut être~reliée à un vaporiseur 18' et déboucher dans le conduit il qui peut etre équipé d'un papillon couplé sur le papillon 6, l'alimentation du moteur au ralenti se faisant par un circuit indépendant. Le fonctionnement de ce dispositif se déduit aisément de la description qui précède. Le mélange air-essence en provenance du carburateur 1 est aspiré dans le cyclone, le papillon 6 étant plus ou moins incliné. Le mélange contraint de passer au travers des aubages se voit communiquer un mouvement de centrifugation qui a pour effet de projeter les gouttelettes d'essence contenues dans le mélange gazeux sur la paroi du cyclone. Comme cette paroi est chauffée par la jaquette 10 dans laquelle circule un liquide caloporteur ou une dérivation des gaz d'échappement, une partie des gouttelettes se vaporise et enrichit le mélange gazeux qui sort par le conduit il vers la chambre de combustion. La partie des gouttelettes non vaporisées est recueillie dans la chambre de collecte 15 avant d'être refoulée par la pompe 16 dans un vaporiseur 18, 18' et dans le circuit gazeux. Le cyclone représenté à la figure 2 se distingue du précédent par une arrivée 4' du mélange air-essence qui est tangentielle et qui débouche en face d'une chicane cylindrique 8' ayant pour rôle de donner au mélange air-essence un mouvement de centrifugation. Le cyclone représenté à la figure 3 est caractérisé par une arrivée 4' axiale qui débouche en face d'une chicane 8" dont la forme rappelle celle d'un pignon à engrenage dont les dents sont inclinées parallèlement entre elles. Le mélange air-essence pénètre entre les dents de l'engrenage au travers des passages 20 et acquiert de ce fait le mouvement e rotation recherché. Le cyclone représenté à la figure 4 est conçu pour fonctionner de préférence verticalement, il présente une arrivée 4' tangentielle mais son conduit de sortie 11' n'est pas fixé comme dans les variantes de réalisation précédentes dans le fond du cyclone, mais à son sommet. Il s'ensuit que le déflecteur 13' qui chapeaute la chambre de collecte 14 est conique et n'est pas traversé en son centre par un conduit de sortie. Le conduit de sortie 11' est entouré, au voisinage de sa base, d'un déflecteur conique annulaire 21 qui a pour rôle d'arrêter les gouttelettes d'essence afin d'éviter qu'elles ne soient aspirées dans le conduit 11'. Elles peuvent ainsi librement s'écouler sur le déflecteur 13' et être évacu-ées dans la chambre de collecte 15. Dans les tableaux ci-après I et II, on a consigné des résultats d'essai qui on été effectués sur un moteur Renault de 3 R12 de 1300 cm équipé d'un carburateur Solex EI et d'un gicleur de 132. Alors que dans le tableau I, -la charge du moteur n'était que partielle, dans le tableau Il, les moteur fonctionnait à puissance maximale. TABLEAU I Etude comparative charge partielle Carburateur Carburateur avec cyclone seul non réchauffé réchauffé tr/mn Cs CV CO Cs CV CO Cs CV CO qCVH % qCVH % qCVH , ~ ~ 2000 338 5,5 1,4 290 5,8 0,3 279 5,8 0,1 2000 265 10 2,0 228 10 0,1 220 10,2 0,4 2000 215 16,5 1 194 16,5 0,1 192 16,5 0,1 3000 276 13 1,9 232 13,2 0,2 232 13,2 0,1 3000 252 15-,5 1,2 217 15,9 0,1 212 15,9 0,1 3000 216 25 0,6 192 25 0,1 192 25 0,1 4000 254 20 0,9 241 20 0,4 232 20 1 4000 ?36 26 0,6 220 26 0,1 207 26 0,3 4000 213 32,5 0,5 207 32,5 0,1 202 32,5 0,1 4500 250 36 3,1 217 36,5 0,2 211 36,5 0,2 5000 254 48,5 5,0 204 48,8 0,6 TABLEAU II Etude comparée à puissance maximum Carburateur seul Carburateur + cyclone réchauffé tr/mn CO CO2, O2, CV Cs CO CO2, O2 CV Cs % % % qCVH % % % qCVH 2000 4 13 0,6 23, 218 1,0 15,6 0,2 22,5 203 réduction 75 % 5% 7% 2500 3,2 13,4 0,8 29,8 215 0,1 15,4 1,3 27,8 183 réduction 97 % 6,7% 15% 3000 3,8 13,2 0,8 35,6 223 0,1 15 2,0 31,6 182 réduction 97 % 11% 18% Il ressort de ltexamen du tableau II que, pour une baisse relativement faible de la puissance et de la consommation spécifique, on obtient une baisse notable de la teneur e oxyde de carbone. Les exemples suivants, donnés à titre indicatif mais non limitatif, illustrent l'invention. EXEMPLE 1 3 Equipement d'ur. moteur de Renault R12 de 1*00 cm On a utilisé un cyclone ayant la forme dun cylindre de 10 cm de diamètre et de 20 cm de hauteur, dispose veticalement. Les parois de ce cyclone, ainsi que elles du vaporiseur, étaient. réchauffées par les gaz déchappemer.t. La surface d'entrée du 2 cyclone était de 15 cm , il était muni à ltentrée d'aubages fixes qui donnaient un mouvement certrifue au mélange. L'essence récupérée et vaporisée était réinfectée à laide d'un venturi disposé entre le carburateur et les aubages du cyclone. Grâce à ce dispositif, on obtenait un gain de consommation spécifique de 10 % et une diminution importante de la pollution. En effet, à 3000 tours/minute, on a retrouvé dans les gaz d'échappement 7 % de CO alors qu'en utilisant ie dispositif de l'invention, la teneur en CO se trouvait réduite à 0,5 0. Suivant le régime d'utilisation, la teneur moyenne en CO variait de 0,2 à 1 %, mais ne dépassait jamais cette limite. La teneur en hydrocarbures imbrfllés dans les gaz d'échappement se trouvait ramenée de 2000 ppm à 250 ppm. On a constaté que l'augmen- tation de la perte de charge entraînée par le dispositif n'entra- nait qu'une faible diminution toujours inférieure à 5 % de la puissance maximum. EXEMPLE 2 3 Eouipement d'un moteur de Simca Ralle II de 1300 cm Quatre cyclones ont été disposés horizontalement ou avec une légère inclinaison. Chaque cyclone alimentait un cylindre et chaque cyclone était alimenté par une dérivation du carburateur. Les parois des cyclones ainsi que celles des vaporiseurs étaient réchauffées par les gaz d'échappement. Les cyclones avaient un diamètre de 5 cm et une hauteur de 10 cm, Les gains sur la consommation et la réduction de la pollution étaient du mEme ordre que ceux relevés dans l'exemple 1. On constate donc que le dispositif conforme à linven- tion qui est à la fois simple, de faible encombrement et de montage facile, permet d'améliorer notablement le rendement des moteurs à explosion tout en réduisant considérablement I pollution. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la carburation des moteurs à explosion, qui consiste essentiellement à diriger les vapeurs du mélange air-essence sortant du carburateur vers au moins un cyclone où les vapeurs sont soumises à un mouvement de centrifugation, à chauffer les parois du cyclone de façon à provoquer la vaporisation d'une partie des gouttelettes, à recueillir les gouttelettes restantes dans une chambre de collecte, à les diriger dans un vaporiseur ou vers le réservoir de carburant, à les refou ler dans le circuit du mélange et à envoyer le gaz ainsi homogénéisé vers la chambre de combustion. 2. Dispositif pour améliorer la carburation des moteurs à explosion comprenant au moins un homogénéiseur destiné à & re branché en aval sur un carburateur et en amont sur la chambre de combustion, l'homogénéiseur étant un cyclone qui comprend une canalisation d'arrivée du mélange air-essence en provenance du carburateur, un diffuseur conférant au mélange air-essence un mouvement tourbillonnaire, une canalisation de sortie dudit mélange débouchant dans la chambre de combustion, une chambre de collecte où se rassemblent les gouttelettes d'essence non vaporisées, un conduit d'évacuation des gouttelettes d'essence vers un vaporiseur et une conduite d'évacuation de l'essence dans le circuit vaporisé du mélange air-essence. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la canalisation d'arrivée du mélange air-essence est axiale. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la canalisation d'arrivée du mélange air-essence est tangentiellè. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait quele diffuseur comporte un ensemble d'aubages reliant le sommet du cyclone et une plaque conique dont le sommet est tourné vers le sommet du cyclone. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le diffuseur comporte un organe cylindrique disposé en face de l'arrivée du mélange air-essence de façon à lui conférer un mouvement de centrifugation. 7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le diffuseur comporte un pignon à engrenage dont les dents sont inclinées parallèlement entre elles. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la conduite de sortie du vaporiseur débouche au sommet du cyclone. 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la conduite de sortie du vaporiseur débouche dans la chambre de combustion.