Brevet FR2391370A1 — publié le 19781215

La présente invention concerne un carburateur pour unie machine à combustion. Le carburateur comporte un corps évidé formànt un conduit d'aspiration, qui contient un gicl-eur pour injecter un combustible fluide dans le conduit d'aspiration raccordé à une chambre de mélange située en amontd'un dispositif d'étranglement réglable à volonté, pour doser le débit du combustible. En amont du gicleur, le carburateur est=pourvu d'un dispositif de vaporisation du combustible comportant une chambre de réchauffage qui présente une entrée et une sortie pour le passage d'un fluide caloporteur.Une paroi de la chambre de retchauffages constitue en partie une surface d'échange-thermique pour le combustible qui peut passer entre la paroi -- précitée et une chemise entourant cette paroi. On connaît un carburateur conforme au mode -de réalisation précité, d'apres le brevet suisse CE PS 202 601 qui propose un carburateur dont le gicleur est constitué par un ajutage profilé, monté sur un conduit d'amenée raccordé à une cuve à flotteur assurant l'alimentation en combustible. La cuve comporte une double paroi remplie d'air,et se-trouve disposée dans le courant des gaz d'échappement de la machine à combustion. Les gaz d'échappement peuvent ainsi lécher la paroi externe de la cuveLdtalimentation. Le chauffage de la cuve d'alimentation s'effectue donc à travers la double paroi et à travers la couche d'air qui s'y trouve, et permet d'obtenir une vaporisation partielle du combustible dans la cuve. Un conduit auxiliaire d'amenée d'air débouche dans la cuve d'alimentation en combustible, et comporte un clapet d'étranglement agencé pour erre en position d'ouverture lorsque le combustible est vaporisé. Un mélange d'air et de combustible vaporisé est ainsi injecté par un gicleur supplémentaire dans le conduit d'aspiration du carburateur. L'ouverture de ce circuit supplémentaire d'injection provoque automatiquement la fermeture du premier gicleur servant à l'injection du combustible liquide. Pour un moteur de type Otto à système d'allumage par étincelle, on considere comme idéal de réaliser in mélange homogène d'air et de combustible sur-le passage de l'étincelle. On obtient ainsi en effet la meilleure sûreté d'allumage et la meilleure combustion, tout en assurant l'allumage avec une proportion d'air aussi élevée que possible. Il en résulte une température de combustion assez basse, qui amène une formation très réduite d'oxydesd'azote. Dans ce cas, la température du mélange explosif n'a pas besoin d'etre élevée en début de compression, mais la formation d'oxydes d'azote tend 'a augmenter, avec des valeurs relativement importantes de la température en fin de compression et de la température de combustion. Le carburateur mentionné plus haut présente l'inconve- nient d'un encombrement important, du fait de la disposition axiale de la cuve d'alimentation en combustible, au point qu'il n'est plus possible aujourd'hui d'utiliser pratiquement ce'carburateur. En outre, l'effet d'isolation thermiquede la couche d'air emprisonnée dans la double paroi de la cuve d'alimentation est tellement élevé outil faut donner des dimensions importantes à la surface léchée par les gaz d'échappement. Cet inconvénient contribue à donner au carburateur précité un encombrement prohibitif en pratique. Le but de l'invention est de proposer une amélioration du carburateur en question, pour obtenir un carburateur d'encombrement réduit comportant cependant, en amont de la chambre prévue pour effectuer le mélange d'air et de combustible, une surface d'échange thermique suffisante pour assurer la vaporisation du combustible. L'invention vise un carburateur pour une machine à combustion, comportant un corps évidé qui forme un conduit d'aspiration contenant un gicleur pour injecter un combustible liquide dans le conduit d'aspiration raccordé à une chambre de mélange celle-ci est située en amont d'un dispositif d'étranglement réglable a' volonté pour doser le débit de combustible ; en amont du gicleur; le carburateur est pourvu d'un dispositif de vaporisaison du combustible, comportant une chambre de réchauffage qui présente une entrée et une sortie pour le passage d'un fluide caloporteur ; une paroi de la chambre de mélange constitue en partie une surface d'échange thermique pour le combustible, qui peut passer entre la paroi précitée et une chemise entourant cette paroi. Selon l'invention, le carburateur précité est caractérisé en ce que la chambre de ré chauffage est disposée axialement dans le conduit d'aspiration ; sa-paroi est entourée par un dispositif de circulation assurant le passage du combustible sur la paroi précitée ; le dispositif de circulation présente un profil qui coopère avec le profil du conduit d'aspiration pour réaliser un passage annulaire d'aspiration qui aboutit à la chambre de mélange en convergeant vers l'axe du conduit d1aspira tion ; le gicleur est disposé au voisinage du raecordement convergent précité, et comporte une fente annulaire de pulvérisation pour l'injection dans la chambre de mélange du combustible vaporisé. La disposition du système de circulation du combustible et celle du gicleur pour-l'injection du combustible correspondent à un mode de réalisation connu, d'après la demande de brevet publiée en République Fédérale allemande sous le numéro DT-AS 23 0-5 103. Cependant, ce carburateur connu ne comporte. aucun système pour vaporiser le combustible liquide. Dans le nouveau carburateur conforme à l'invention, la vaporisation du combustible liquide n'a pas lieu dans le réservoir ou dans une cuve d'alimentation, mais au passage du combustible sur la paroi externe de la chambre de réchauffage,-entre la cuve d'alimentation et le gicleur situé dans le conduit d'aspiration. On peut ainsi réaliser d'une manière très compacte la chambre de réchauffage, et la disposer dans l'axe du conduit d'aspiration, pour donner un profil conique, favorable à l'écoulement des gaz d'alimentation, 'a l'ensemble constitué par la -chambre de réchauffage et le dispositif de circulation du combustible qui l'entoure. La chambre de réchauffage forme ainsi une chaudière fermée comportant une entrée et une sortie, disposées axialement~ou radialement par rapport au conduit annulaire entourant la chaudière On peut améliorer par diverses dispositions de structure le rendement de l'échange thermique, entre le fluide caloporteur circulant dans la chaudière et le combustible à vaporiser. On peut par exemple prévoir, dans la surface d'échange thermique de la chambre de réchauffage ou sur celle-ci, un certain nombre de canaux d'écoulement pour le combustible, orientés en long dans le dispositif de circulation. Les canaux précités sont par exemple constitués par des nervures en regard les unes des autres, pour réaliser une surface d'échange thermique aussi grande que possible.On peut monter le dispositif de circulation de combustible en appui surun certain nombre de portages disposés à proximité immédiate de la surface d'échange thermique de la chambre de réchauffage, pour réaliser un pont thermique. On peut aussi prévoir des nervures en saillie sur la face interne de la paroi de la chambre de réchauffage. Pour assurer également un réchauffage de l'air aspiré dans le carburateur, on peut avantageusement prévoir des nervures en saillie sur la face externe du dispositif de circulation du combustible entourant la chambre de réchauffage. Pour permettre la vaporisation du combustible dès la mise en marche moteur, on prévoit de préférence un élément de chauffage électrique dans la chambre de réchauffage. Cet élément comporte par exemple une tubulure contenant un fil résistant isolé qui s'échauffe au passage d'un courant électrique. On fait fonctionner tout le système de vaporisation du combustible environ une minute avant le démarrage du moteur, pour obtenir une température égale ou supérieure à la température de vaporisation entretenue du combustible, permettant d'envoyer immédiatement le combustible vapDrisé aux cylindres. On peut raccorder l'entrée et la sortie de la chambre de ré chauffage au circuit de refroidissement de la machine à combustion. Dans ce cas ctest la pompe circuit de refroidissement qui assure l'alimentation de la chambre de réchauffage en fluide caloporteur.On peut alors prévoir avantagesement un chauffage supplémentaire du fluide utilisé, de l'eau en général, avant son arrivez dans la chambre de réchauffage du eombustible, en utilisant les gaz d'échappementede la machine, pour amener de la vapeur sèche à la chambre de réchauffage Selon un-mode de réalisation intéressant, la chambre de ré chauffage constitue une- chaudière, où circule un fluide calopor teur dégazé, chauffé dans un élément tubulaire externe raccordé à la chaudière par une entrée et une sortie. De préférence, l'élément tubulaire précité est constitué par-un-serpentin avantageusement chauffé par les gaz d'échappement. Dans le mode de réalisation précité, la chambre de réchauffage constituant une chaudière est construite solidement, pour résister à la surpression du combustible vaporisé. Le coëfficient d'échange thermique de la vapeur saturée exempte d'air est sensiblement supérieur à celui des liquides. Si on utilise par exemple de la vapeur d'eau comme fluidecaloporteur, la pression la plus élevée à considérer est de 225bars, correspondant à la pression critique qu'on peut obtenir avec de la vapeur saturée à la température de 3720 C. On ne risque donc en aucun cas une décomposition ou un-allumage spontané du combustible. fi'autres fluides caloporteurs permettent d'obtenir des températures élevéés avec des pressions plus faibles.Par exemple, avec le glycol on peut atteindre, même à la pression atmosphérique, des températures de l'ordre des températures de vapori-sation des composants les moins volatils. L'élément tubulaire de chauffage est associé à une tubulure de retour, pour reprendre dans la chambre de réchauffage le fluide caloporteur condensé. La circulation se fait par gravité. On peut avantageusement prévoir un volume complémentaire associé à la chambre de réchauffage par une tubulure, pour recevoir une partie de la vapeur, sans avoir besoin d'être ref-roidi. On évite ainsi le risque d'une augmentation brutale de pression si la température normale est dépassée, et on augmente avantageusement la quantité de fluide caloporteur. Le nouveau carburateur conforme à l'invention peut fonctionner également de la manière habituelle, sans système de vaporisation. A cet effet, on oriente de préférence la fente annulaire de pulvérisation à moins due900, par rapport à la direction d'écoulement de l'air dans le conduit d'aspiration aboutissant à la chambre de mélange. fie préférence également, la section transversale de la chambre de melange en amont de l'organe d'étranglement a au moins une valeur égale à celle de la section du conduit annulaire raccordé à la chambre de mélange. On assure ainsi la pulvérisation du combustible immédiatement à la sortie du conduit annulaire, dans le volume libre de la chambre de combustion. On obtient ainsi une pulvérisation du combustible en gouttelettes finement divisées, dans un volume écarté de parois indésirables qu'on ne risque pas de voir mouillées par la projection du combustible. En orientant à moins de 900 la projection précitée dans le courant d'air qui circule dans le conduit d'aspiration, on réalise d'une manière optimum le mélange désiré. Le combustible est projeté ainsi en couche plus mince et sur une plus grande longueur dans le courant d'air adjacent, pour se trouver pulvérisé dans l'espace libre de la chambre de mélange où il pénètre naturellement. Le profil conique du conduit d'aspiration ne se prolonge pas au-delà de la fente annulaire de pulvérisation. La couche d'air qui circule au contact du noyau profilé contenant la chambre de réchauffage intervient seule, pour une première pulvérisation du combustible projeté. La couche d'air circulant au contact de la paroi externe du conduit d'aspiration empêche sur une distance importante l'arrivée des gouttelettes de combustible jusqu'à la paroi précitée, en réalisant une sorte de masque aérodynamique. On améliore ainsi l'introduction des gouttelettes de combustible dans les cylindres, en assurant en meme temps une meilleure vaporisation des gouttelettes dans l'air, puisque la surface de contact des gouttelettes est supérieure à celle du film combustible qui pourrait se déposer le long des parois du conduit d'aspiration. En outre, cn obtient ainsi une division du combustible en gouttelettes plus fines, qui suivent mieux les sinuosités du courant d'air, du fait de leur masse très réduite par rapport à leur section définissant leur traînée aércdynamique. Le nouveau carburateur conforme à l'invention peut fonctionner également sans utiliser le système de vaporisation, et présente à cet égard tous les avantages déjà indiqués à propos du carburateur proposé dans la demande de brevet publiée en République Fédérale allemande, sous le numéro DT-AS 23 OS 103, par rapport aux carburateurs connus dépourvus de système de vaporisation. Dans tous les modes de réalisation du carburateur conforme à l'invention, et dans les divers cas précités de fonc- tionnement, l'alimentation en combustible est assurée par une cuve à flotteur. Celle-ci est mise en dépression par le gicleur, d'une manière connue, en choisissant une section aussi réduite que possible pour le circuit d'aspiration de combustible. Le dosage en air du mélange carburé est ainsi déterminé par le calibre du gicleur, en combinaison avec la dépression provoquee dans celuici. Un ajutage permet de régler le débit du circuit d'arrivée du combustible. Le choix d'un calibre approprié pour l'ajutage du circuit de combustible permet de limiter le débit d'air, en ame- liorant la pulvérisation et ls vitesse de circulation du combustible. flans le brevet suisse NO CH-PS 202 061, la bonne utilisation de l'essence dépend de la température de la vapeur obtenue lorsqu'on fait fonctionner le système de vaporisation. Dans ce carburateur, on ne peut donc conserver un taux souhaité du mélange lorsque la température change. Par contrez dans le carburateur conforme à l'invention, le taux du mélange carburé reste constamment le même, sans aucun effet d'entraînement du combustible liquide par le courant d'air aspiré au démarrage du moteur à froid. Dlune manière avantageuse, la face interne de la paroi de la chambre de réchauffage servant de surface d'échange thermique, est pourvue d'un revetement qui empeche le mouillage de la surface précitée. On améliore ainsi le taux d'échange thermique, car la vapeur du fluide calopor:teur se dépose ainsi en gouttelettes et non en couche mince sur la paroi de la chambre de réchauf fage. Le revêtement précité est par exemple à base de polytétrafluoréthylène. On peut aussi obtenir le même résultat en incorporant dans le fluide caloporteur divers agents- anti-mouillants appropriés. Dtautres particularités et avantages-de l'invention ressortiront encore de la description donnée ci-après de quelques modes de réalisation présentés à titre d'exemple non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure 1 représente schématiquement un carburateur conforme à l'invention, vue en coupe axiale - La figure 2, analogue à la partie supérieure gauche de la figure 1, représente une variante du carburateur - La figure 3 est une coupe partielle schématique de l'échangeur de chaleur enveloppant la cuve des carburateurs des figures 1 et 2 - La figure 4, analogue à la figure 3, est une coupe partielle schématique d'une variante du même échangeur de chaleur. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le carburateur comporte un conduit d'aspiration 1 aboutissant aux soupapes d'admission d'une machine thermique (non représentée), et comportant un papillon 2 pour assurer un étranglement réglable à volonté. Un corps évidé 3 du carburateur conforme à l'invention est raccordé au conduit d'aspiration 1, par un profil conique faisant converger vers une chambre de mélange 4 un canal annulaire d'entrée 5 du carburateur. Conformément à l'invention, au voisinage du raccordement de son conduit annulaire 5 et de la chambre de mélange 4, le corps évidé du carburateur contient un gicleur réalisé par exemple par une fente annulaire de pulvérisation 6, pour injecter le combustible dans le courant gazeux aspiré par le conduit d'admission 1. L'axe d'écoulement de la fente de pulvérisation du combusti moins de ble est orienté de préférence àp)0o du sens d'écoulement du courant gazeux aspiré par le conduit 1 dans la chambre de mélange 4. Le corps évidé 3 du carburateur comporte au centre une chambre do réchauffage 7, présentant une paroi 8 entourée d'une chemise 9, pour faire circuler le combustible liquide 10 au contact de la paroi 8 de la chambre de réchauffage. Le combustible 10 provient par exemple d'une cuve à flotteur (non représentée), et passe d'abord dans ne chambre de distribution 11, éventuellement pourvue d'un orifice 12 d' injection d'air. Le combustible passe ensuite entre la paroi 8 et l'enveloppe 9, pour parvenir à la fente annulaire de pulvérisation 6. Pour répartir également le combustible dans l'espace annulaire ménagé autour de la chambre de réchauffage 7, la chambre de distribution li présente un certain nombre de canaux radiaux, alimentant l'espace annulaire précité. A sa partie supérieure, la chambre de réchauffage 7 est fermée par un couvercle 13, par exemple vissé ou soudé en placeS et traversé par la base d'un élément de chauffage électrique 14, qui est monté dans la chambre de réchauffage 7. Celle-ci comporte en outre une arrivée 15 et un départ 16 d'un circuit de fluide de chauffage, raccordées radialement à la chambre 7 à travers le passage annulaire 5. La chemise de ré chauffage 9 présente pour le passage du combustible un certain nombre de canaux 17 disposés. dans le sens axial, et constituant une surface d'échange thermique dans la paroi 8 de la chambre 7, ou sur cette paroi, (figure 4). Par exemple, les canaux 17 peuvent etre constitués par des nervures 18 (figure 3), en regard les unes des autres. La chemise 9 de réchauffage du combustible peut ainsi être-montée au voisinage immédiat de la surface d'échange thermique, et s'appuyer sur quelques portages 19 de laparoi 8 de la chambre de réchauffage. Pour améliorer le rendement de l'échangeur thermique ainsi constitué, on prévoit avantageusement des nervures 20 sur la face interne de la paroi 8 de la chambre de réchauffage. Dans le mode de réalisation de la figur-e 1, le carbura- teur est pourvu d'un dispositif de vaporisation du fluide caloporteur, monté sur un bras radial 21, et comportant un serpentin de vaporisation 22 raccordé à l'entrée 15 et à la sortie 16 de la chambre de réchauffage, et soumis au courant des gaz d'échap pement 23 du moteur. Dans le mode de réalisation de la figure 2, utilisant un fluide caloporteur pour réchauffer le combustible, l'entrée 15 et la sortie-16 sont disposées dans-le sens axial. On peut alors réaliser le dispositif de chauffage électrique 14 de manière à obtenir un réchauffage prolongé. Au lieu idun fluide caloporteur, on pourrait aussi faire passer un courant de gaz d'échappement chauds dans la chambre de réchauffage 7. REVENDICATIONS 1. Carburateur pour une machine à combustion, comportant un corps évidé qui forme un conduit d'aspiration où se trouve un gicleur pour injecter un combustible fluide dans le conduit d'aspiration raccordé à une chambre de mélange située en amont d'un dispositif d'étranglement réglable à volonté pour doser le débit de combustible, le carburateur étant pourvu en amont du gicleur d'un dispositif do vaporisation du combustible comportant une chambre de ré chauffage qui présente une entrée et une sortie pour le passage d'un fluide caloporteur, la chambre de réchauffage ayant une paroi qui constitue en partie une surface d'échange thermique pour le combustible qui peut passer entre la paroi préci- tée et une chemise entourant cette paroi, caractérisé en ce que la chambre de réchauffage est disposée axialement dans le conduit d'aspiration et en ce que sa paroi est entourée par un dispositif de circulation assurant le passage du combustible sur la paroi précitée, le dispositif de circulation présentant un profil qui coopère avec le profil du conduit d'aspiration pour réaliser un passage annulaire d'aspiration qui aboutit à la chambre de mélange en convergeant vers l'axe du conduit d'aspiration, le gicleur prévu pour l'injection du combustible étant disposé au voisinage du raccordement convergent précité,et comportant une fente annulaire de pulvérisation pour l'injection dans la chambre de-mélange du combustible vaporisé. 2. Carburateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de circulation du combustible comporte un certain nombre de canaux pour le passage du combustible, disposés au voisinage de la surface d'echange thermique de la chambre de réchauffage et orientés dans le sens axial de celle-ci. 3. Carburateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux précités sont formés par des nervures en regard les unes des autres. 4. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de circulation du combustible entourant la chambre de réchauffage est monté en appui sur un certain nombre de portages en sailliesur la paroi de la chambre précitée, pour constituer un pont thermique, à proximité immédiate de la surface d'échange thermique. 5. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face interne de la paroi de la chambre do réchauffage comporte des nervures en saillie. 6. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 'a 5, caractérisé en ce que le dispositif de circulation du combustible comporte une paroi qui présente des nervures en saillie. 7. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de ré chauffage contient un élément de chauffage électrique. 8. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre de réchauffage comporte une entrée et une sortie raccordées au circuit d'un fluide de refroidissement de la machine athermique. 9. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la chambre de réchauffage constitue une chaudière où circule un fluide caloporteur chauffé dans un serpen- tin raccordé à l'entrée et à la sortie précitées de la chambre de réchauffage. 10. Carburateur conforme à la revendieation 9, caractérisé en ce que le serpentin précité est disposé dans le courant des gaz d'échappement de la machine thermique. 11. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la fente annulaire de pulvérisation du moins de combustible débouche sensiblement 900du sens de circulation de l'air dans le conduit d'aspiration àboutissant à la chambre de mélange. 12. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la section transversale de la chambre de mélange en amont du dispositif d'étranglement a au mens sensiblement la même valeur que la section du raccorQement du conduit annulaire d'aspiration sur la chambre de mélange. 13. Carburateur conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la face interne dé la paroi de la chambre de réchauffage eonstituant une surface d'échange thermique comporte un revêtement anti-mouillant.