Brevet FR2296767A1 — publié le 19760730

La présente invention concerne un dispositif de régulation du débit et de la composition d'un mélange de gaz combustible produit dans un générateur de gas à dissociation - et d'air nécessaire à la combustion de ce gaz combustible dans une machine thermique aspirant ce mélange, ce dispositif comportant une conduite d'aspiration d'air qui aboutit à la machine thermique et contient un diaphragme ainsi qu'un papillon de réglage agencé entre ledit diaphragme et la machine thermique, et comportant en outre d'une part une conduite d'aspiration de gaz combustible, débouchant dans ladite conduite d'aspiration d'air, entre le diaphragme et le papillon, et d'autre part un élément régulateur qui s'engage dans l'orifice du diaphragme et qui étant mobile dans le sens de la longueur de la conduite d'aspiration d'air, modifie la section du passage du diaphragme en fonction de l'interaction des forces exercées par l'aspiration de la machine thermique et par des moyens de rappel agissant sur ledit élément régulateur. Dans le cas de machines thermiques, telles que des moteurs de véhicules automobiles, alimentées par un combustible ou carburant liquide, la vaporisation incomplète du combustible et de son mélange non homogène avec l'air de combustion conduisent à une combustion incomplète et & l'émission de matières nocives. En outre, comme des agents antidétonants sont mélangés au combustible, la teneur en matières nocives des gaz d'échappement s'en trouve enoore accrue. La pollution de l'air qui en résulte peut être évitée Si l'on utilise un générateur de gaz à dissociation pour alimenter la machine thermique'. Un procédé pour faire fonctionner une ma- chine thermique avec un générateur de gaz à dissociation est d6- crit par exemple dans la demande de brevet RFa publiée N0 2 306 026. Dans ce procédé, du combustible liquide est pulvérisé ou vaporisé et amené, en mélange avec un gaz contenant de l'oxy- gène, à la chambre de réaction d'un génerateur de gaz à disso- ciation.Dans le générateur de gaz, le mélange est transformé catalytiquement en un gaz capable de brûler complètement, dont l'indioe d'octante élevé pOnt e faire fonctionner la machine thermique sans addition de produits antidétonants. En même temps que l'air nécessaire à la combustion, la machine thermique aspire le gas combustible engendré dans le générateur de gaz à dissociation. Il ne s'établit alors dans la conduite d'aspiration d'air, communiquant avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre, qu'une faible perte de charge, tandis que le gaz combustible qui est aspiré au travers du g6- notateur est soumis à une perte de charge plus importante.En effet, dans le générateur (carburateur à dissociation), le combustible vaporisé ou pulvérisé et le gaz oxygéné, nécessaire à la transformation sont aspirés au travers d'un mélangeur, d'un préchauffeur, de la chambre de réaction contenant un catalyseur sous forme de briques poreuses perforées ou d'éléments de remplissage en vrac, d'un radiateur de refroidissement et d'autres dispositifs nécessaires au fonctionnement dudit générateur de gaz à dissociation. La perte de charge survenant dans le générateur de gaz à dissociation est d'autant plus grande que la machine thermique aspire davantage de gaz combustible pour augmenter sa puissance.Par suite, le rapport gaz-ómbustible/air dans la conduite d'aspiration de la machine thermique décroft lorsque la puissance motrice augmente. La machine aspire donc un mélange gazait moins riche, malgré qu'elle ait Justement besoin d'un mélange plus riche lorsque sa puissance augmente. Pour réguler le débit et la composition du mélange aspiré, la demande de brevet précite décrit un dispositif comportant une conduite d'aspiration d'air aboutissant à la machine thermique et pourvue d'un diaphragme, d'un papillon agencé entre le diaphragme et la machine, et d'une conduite d'aspiration de gaz combustible débouchant dans la conduite d'aspiration d'air entre le diaphragme et le papillon. Dans l'ouverture du diaphragme fait saillie un élément régulateur qui est mobile dans le sens de la longueur de la conduite d'aspiration d'air et qui, modifiant la section de passage dans le diaphragme, obéit & l'interaction des forces exercées par la succion due 9 la machine thermique et par des ressorts de rappel agencés sur cet élé- ment.Le papillon de commande qui, par exemple dans le cas des machines thermiques de véhicules automobiles, est accouplé avec la pédale d'accélérateur, règle la succion dans la conduite d'aspiration d'air, et par conséquent le débit du mélan- ge gazeux aspiré, en fonction de la puissance demandée å la machine. Le diaphragme et l'élément régulateur faisant saillie dans celui-ci provoquent dans la conduite d'aspiration d'air une perte de charge supplémentaire par laquelle peut être modifiée la composition du mélange gaz/air aspiré.On peut ainsi obtenir, par exemple, une composition constante en utilisant des ressorts de rappel dont la caractéristique est adaptée à la caractéristique de perte de charge du générateur de gaz à dissociation, de façon telle que la perte de charge survenant & l'ouverture du diaphragme eoit proportionnelle à la perte de charge dans le générateur de gaz. Si l'on utilise des ressorts ayant une caractéristique appropriée, on peut aussi régler automatiquement selon d'autres interrelations fonctionnelles, le débit et la composition du mélange aspiré. I1 est également prévu de munir l'élément régulateur d'un noyau de fer qui peut être attiré dans une bobine magnétique excitable dè 11 extérieur, afin d'influencer de cette façon la régulation de la composition du mélange gaz combustibleair. La perte de charge supplémentaire que le diaphragme et l'élément régulateur introduisent dans la conduite d'aspiration d'air permet assurément de réguler la coxposition, mais elle augmente en même temps la perte de charge totale dans la conduite d'aspiration de la machine thermique, de sorte que le taux de remplissage de celle-oi peut dans certains cas s'en trouver réduit. La présente invention a pour but de diminuer, dans un dispositif du type précité, la perte de charge en amont du papillon de commande. Belon l'invention, ce résultat est atteint par 'e fait que le diaphragme est réalisé sous la forme d'une tuyOre accélératrice convergeant dans le sens de l'écoulement de l'air et se trouve placé immédiatement en amont de l'endroit où la conduite de gaz combustible débouche dans la conduite d'aspiration d'air, et par le fait que, lorsque la succion exercée par la machine thermique augmente, la section de passage du diaphragme est réduite par 1' élément régulateur, qui, faisant saillie dans le diaphragme, est mobile entre des positions extrêmes qui sont fixées par des moyens de butée et qui déterminent une section maximale et une section minimale de passage du diaphragme. Par 1. brevet anglais 339 257, on oonnstt une conduite d'aspiration d'air convergeant à la façon d'un venturi et dans laquelle, & i l'endroit de son col, débouche une conduite de gaz combustible provenant d'un générateur de gaz. L'air aspiré par la machine thermique est ici utilisé comme agent moteur pour entraener le gaz combustible selon le principe d'une pompe aspirante à jet de gaz, plusieurs telles tuyères placées en série étant en outre prévues.Certes, un papillon agencé dans la conduite d'aspiration d'air entre l'embouchure de la conduite d'aspiration de gaz combustible et la machine thermique permet de régler le débit du mélange aspiré, mais il eet impossible d'agir sur la composition du mélange. Par contre, le dispositif selon l'invention constitue une pompe aspirante à Jet de gaz utilisant l'air aspiré comme agent moteur pour entrainer le gaz combustible, mais dans ce dispositif, la section de passage de la tuyère accélératrice peut être modifiée. À la différence du dispositif mentionné au début à propos de la demande de brevet RFÂ nQ 2 306 026, la régulation de la composition du mélange se fait moins par l'augmentation de la perte de charge dans la conduite d'aspiration d'air. Au contraire, cette perte de charge supplémentaire peut être maintenue à une valeur aussi faible que possible en don nant au diaphragme et & à 'élément régulateur un profil aérody- namiquement avantageux.Par ailleurs un accroissement de la vitesse d'écoulement survient à l'endroit du diaphragme, d'ot il résulte une succion renforcée dans la conduits d'aspiration de gaz combustible. C'est en fonction de la caractéristique des moyens de rappel que la position de l'élément régulateur dans le diaphragme varie avec la dépression variable devant le diaphragme, et que varie par conséquent aussi la section de passage de la tuyère accélératrice et, par suite, la succion exercée dans la conduite de gaz combustible. Comme moyens de rappel, on peut utiliser par exemple un aimant agencé sur des parties fixes du dispositif et agissant sur des parties en fer de l'élément régulateur. Comme indiqué dans la demande de brevet RFA précitée, on peut utiliser comme aimant un électro-aimant excitable de l'extérieur pour être en mesure d'influencer la force de rappel et par conséquent la composition du mélange aspiré pendant le fonctionnement de la machine thermique. De préférence, on utiliee comme moyen de rappel un ressort agencé entre l'élément régulateur et des parties fixes du dispositif. Dans une forme de réalisation préférée, le ressort est sounis à une contrainte initiale réglable de l'extérieur. Un choix approprié du ressort et de la forme de l'élément régulateur permet de réguler le rapport air aspiré/gas combustion ble selon une loi préétablie, en fonction de la dépression dans la conduite d'aspiration d'air, et cela de façon particulièrement simple et sans que des opérations de maintenance soient nécessaires. En outre, la contrainte initiale réglable de l'exté- rieur permet d'adapter cette régulation à des changements - dus à l'usure - de la caractéristique de perte de charge dans le générateur de gaz. De préférence, l'élément régulateur est réalisé en forme de goutte dont la pointe fait saillie dans l'ouverture du diaphragme. Cette caractéristique et le fait de donner au diaphragme en tant que tuyère accélérat@ice un profil aérodynamiquement avantageux ont pour conséquence que l'accélération de l'air survenant à ltendroit du diaphragme, et la succion dans la conduite d'aspiration d'air, croissent plus rapidement avec l'augmentation de l'appel de gaz combustible par la machine que la perte de charge dans la conduite d'aspiration d'air. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement à la leoture des quelques exemples non limitatifs suivants décrits ci-après en se référant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente schématiquement un agencement, donné à titre d'exemple, comportant un dispositif selon l'invention, un générateur de gaz à dissociation et une machine thermique - la figure 2 représente un agencement analogue comportant en plus un turbo-compresseur entraîné par les gaz d'échappement; et - la figure 3 représente une forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention. La forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 1 consiste, pour l'essentiel, en une conduite d'aspiration d'air 1 par laquelle une machine thermique (moteur à combustion) 2 peut aspirer de l'air frais par l'intermédiaire d'un filtre à air 3, et en une conduite d'aspiration de gaz combustible 4 qui est reliée à un générateur de gaz à dissociation 5 et qui débouche dans la conduite d'aspiration d'air 1. La conduite 1 d'aspiration d'air comports, entre l'embouchure de la condui te d'aspiration de gaz combustible 4 et la machine thermique 2, un papillon de réglage 6. La conduite 1 comporte en outre un diaphragme 7 à proximité en amont de l'embouchure de la conduite 4.Ce diaphragme 7 est réalisé sous la forme d'une tuyère accé lératrice convergeant dans le sens de l'écoulement, de façon que l'air accéléré dans le col engendre - à la manière d'une pompe aspirante à Jet de gaz - une dépression dans la conduite d'aspiration de gaz 4. Un élément régulateur 8 pénètre dans l'ouver- ture du diaphragme 7. Cet élément régulateur est soumis à deux forces antagonistes : d'une part une force due à l'aspiration de la machine thermique 2, qui tend à l'enfoncer dans l'ouver- ture et, d'autre part, la force d'un ressort gui tend à la retirer de l'ouverture du diaphragme.Pour cela, une queue 10 portant à son extrémité une cuvette 11 et sortant de la conduite d'aspiration d'air 1 est agencée sur l'élément régulateur 8, et un ressort 12 sollicité en compression est pris entre la cuvette Il et la paroi de la conduite d'aspiration d'air 1. Des butées 13 limitent la course de la cuvette il et déterminent ainsi le minimum et le maximum de la section de passage de l'interstice annulaire compris entre le diaphragme 7 et l'élé- ment régulateur 8. Le générateur de gaz à dissociation 5 est construit de façon connue. Par l'intermédiaire d'une conduite d'aspiration de gaz 14, la machine thermique aspire, au travers du gOnéra- teur de gaz à dissociation, un gaz contenant de l'oxygène, par exemple de l'air ou des gaz d'échappement auquel est mélangé du combustible liquide vaporisé ou nébulisé arrivant par une conduite de combustible 15 et par un injecteur ou gicleur 16. Ces composants initiaux sont mélangés de façon aussi homogène que posaible dans une chambre de mélange 17, puis envoyés à la chambre suivante qui est la chambre de réaction 18. Cette dernière contient un catalyseur 19 nécessaire à la transformation. Le gaz combustible formé dans la chambre de réaction traverse, avant d'entrer dans la conduite 4, un échangeur de chaleur 20 servant d'une part à refroidir ce gaz combustible et d'autre part à préchauffer les produits aspirés par les conduites d'alimentation 14 et 15. Dans la forme de réalisation du dispositif selon 1 'inven- tion représentée sur la figure 2, la conduite d'aspiration d'air 21 comporte, inséré entre le papillon de réglage 22 et l'embouchure de la conduite d'aspiration de gaz combustible 23, le compresseur d'un turbo-compresseur 24 entraîné par les gaz d'échappement.La turbine entraînant ce compresseur est disposée sur le trajet de la conduite 25 des gaz d'échappement de la machine thermique 26. L'air de combustion aspiré par la ma- chine thermique 26 est accéléré dans un diaphragme 27 qui, là encore, est réalisé sous la forme d'une tuyère convergente (tuyère accélératrice) afin que cet air, faisant office de fluide moteur, aspire du gaz combustible du générateur de gaz à dissociation 28, via la conduite 23.L'élément régulateur 29 pénétrant dans 1 'ouverture du diaphragme 27 est déplacé, con la tre la force de rappel d'un ressort 30, par/succion qu'exerce la machine thermique ou encore le compresseur du turbo-compresseur 24, La force de rappel du ressort 30, ainsi que la forme du diaphragme 27 et de 1 'élément régulateur 29, sont choisies de façon qu'en présence d'une aspiration donnée de la machine thermique il s'établisse entre l'élément régulateur 29 et le diaphragme 27 un intervalle annulaire provoquant une accélération appropriée du courant d'air et engendrant la dépression supplémentaire désire dans la conduite d'aspiration de gaz combustible 23. La figure 3 représente en coupe longitudinale une forme de réalisation du dispositif selon l'invention dans laquelle l'él6- ment régulateur 32, engagé dans l'ouverture 31 du diaphragme 45, est profilé en forme de goutte. Si le papillon 41 se trouvant dans la conduite d'aspiration d'air 33 est grand. ouvert pour la puissance maximale de la machine, il s'établit alors, devant 1' ouverture 31 du diaphragme, une dépression maximale qui amène l'élément régulateur 32 à la position extrême (indiquée en pointillé 34) dans l'ouverture du diaphragme, position pour laquelle la section de passage est la plus faible. Cela a pour effet que l'air s'écoulant devant l'embouchure de la conduite de gaz combustible 35 aspire plus fortement du gaz combustible hors du générateur de gaz à dissociation.En même temps, comme le diaphragme et 1' élément régulateur ont des profils aérodyna- miques, la perte de charge dans la conduite 33 d'aspiration d'air est faible. De plus, l'air de combustion est "injecté" dans le gaz combustible, de sorte que ce dernier et l'air de combustion sont mélangés, comme souhaité, entre l'ouverture 31 du diaphragme et le papillon de commande 41. Itélésent régulateur 32 est monté sur une tige ou queue 36 portant, par un tube de guidage 37, hors de la conduite d'aspiration d'air 33 et portant à son extrémité libre un filetage sur lequel est vissée une cuvette 38. Entre cette cuvette 38 et la paroi externe de la conduit 33 d'aspiration d'air est monté im ressort 39 sollicité en compression. Lorsque la succion dans la conduite d'aspiration d'air 33 diminue, ce ressort 39 déplace l'élément régulateur 32 hors de l'ouverture 31 du diaphragme, jusqu'à la position extrême (représentée en trait interrompu 40) dans laquelle il s'applique contre le tube de guidage 37. La position de la cuvette 38 peut être modifiée à l'aide du filetage sur la tige 36, ce qui permet d'ajuster la contrainte initiale du ressort 39. L'air aspiré parvient à la conduite d'aspiration d'air par un filtre 42 qui est constitué par un cylindre creux et poreux maintenu par deux grillages métalliques 43 et qui - prolongeant la conduite d'aspiration - surmonte le diaphragme 45. sur les -grillages métalliques 43 maintenant le corps filtrant 42 est vissé un couvercle 44 fermant la conduite d'aspiration d'air. Le tube de guidage 37 est soudé à ce couvercle 44. Le dispositif peut être réalisé avec des éléments en acier assemblés par soudage, ou bien être constitué le pièces moulées et assemblées qui permettent de le démonter aux fins de nettoyage. REVENDICÂTIONS 1.- Dispositif de régulation du débit et de la composition d'un mélange de gaz combustible -produit dans un générateur de gaz à dissociation - et d'air nécessaire à la combustion de ce gaz combustible dans une machine thermique aspirant ce mélange, ce dispositif comportant une conduite d'aspiration d'air qui aboutit à ladite machine thermique et contient un diaphragme ainsi qu'un papillon de réglage agencé entre ledit diaphragme et la machine thermique, et comportant en outre d'une part une conduite d'aspiration de gaz combustible débouchant dans ladite conduite d'aspiration d'ai , entre le diaphragme et le papillon, et d'autre part un élément régulateur qui s'engage dans l'ori- fice du diaphragme et qui, étant mobile dans le sens de la longueur de la conduite d'aspiration d'air, modifie la section du passage du diaphragme en fonction de l'interaction des forces exercées par l'aspiration de la machine thermique et par des moyens de rappel agissant sur ledit élément régulateur, ce dispositif étant caractérisé par le fait que le diaphragme est réalisé sous la forme d'une tuyère accélératrice convergeant dans le sens de l'écoulement de l'air et se trouve placé imm6- diatement en amont de l'endroit où la conduite de gaz combustible débouche dans la conduite d'aspiration d'air, et par le fait que, lorsque la succion exercée par la machine thermique augmente, la section de passage dans le diaphragme est réduite par l'élément régulateur qui, faisant saillie dans le diaphragme, est mobile entre des positions extrêmes qui sont fixées par des moyens de butée et qui déterminent une section maximale et une section minimale de passage du diaphragme. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de rappel sont constitués par un ressort plac entre l'élément régulateur et des parties fixes du dispo sitifs 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le ressort est sollEis & une contrainte initiale réglable de l'extérieur. 4.- Dispositif selon l'une queloonque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément régulateur est pro filé en forme de goutte dont la pointe est engagée dans l'ouver ture du diaphragme.