Brevet FR2381183A1 — publié le 19780915

L'invention se rapporte d'une manière générale à l'alimentation en mélange air/carburant des moteurs à combustion interne, et notamment des moteurs à allumage commandé alimentés par un carburateur pour l'entrainement d'un vehicule automobile. Dans l'état actuel de la technique et de l'économie, le parc mondial des véhicules équipés de ce type de moteur se chiffre en centaines de millions, et s'accroit chaque année de plusieurs dizaines de millions d'unités. La plupart des Etats ont en conséquence édicté des règles très astreignantes - pour des considérations d'environnement et de qualité de vie aussi bien que d'équilibre des échanges internationaux - en ce qui concerne l'émission de gaz polluants et la consommation de tels moteurs. Certes, les carburateurs de conception classique, et particulièrement ceux conçus pour satisfaire à ces règles, donnent toute satisfaction en régime de croisière, sous réserve d'être correctement réglés. I1 se trouve toutefois que les conditions de circulation les plus fréquentes - en milieu urbain ou sur route encombrée - obligent à utiliser le moteur en régime transitoire, le plus souvent en accélération ou décélération modérée, et donc à de faibles charges et de faibles ouvertures du papillon du carburateur, dont les influences aérodynamiques compromettent l'action des circuits complexes de régulation intégrés aux carburateurs modernes. En particulier, le faible débit d'air appelé par le moteur aux faibles charges conduit à une pulvérisation insuffisante du carburant, de sorte que le moteur reçoit un mélange air/carburant non homogène où prédominent de grosses gouttelettes de vaporisation difficile en raison de leur rapport volume/surface et de la faible intensité de leur tension superficielle, et qui donc risquent d'être piégées dans le circuit d'alimentation du moteur, sans profit pour son fonctionnement mais au détriment de sa consommation et de la production d'imbrûlés et autres polluants.En effet, les grosses gouttes de carburant ainsi piégées sont créées essentiellement lors des phases de décélération ou de marche à régime réduit, puis sont réaspirées lors d'une reprise ultérieure, alors que le moteur est suffisamment alimenté par le carburateur conçu à cet effet, notamment lorsque il comporte une pompe de reprise. Cet inconvénient est d'autant plus gênant qu'il est lié à la géométrie de la tubulure d'admission et de la distribution du moteur, et donc aggrave l'inégalité d'alimentation de ses cylindres aux moments où elle est le plus préjudiciable- à son bon fonctionnement, et notamment à la régularité du couple engendré. L'invention a en conséquence pour objet la réalisation d'un dispositif propre à supprimer ces inconvénients des carburateurs classiques lorsque le mo- teur est utilisé à faible charge, sans pour autant compromettre leur bon fonc tionnement aux autres régimes de marche, et notamment en croisière comme en accélération franche, et s'il y a lieu sans gêner l'action d'autres dispositifs correcteurs intervenant au ralenti ou en décélération. Le dispositif correcteur conforme à l'invention est à cet effet caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un circuit de dérivation partielle du mélange air/carburant branché sur le tube d'émulsion ou puits d'automaticité alimenté par le gicleur principal du carburateur, ce circuit incluant une chambre de chauffage dans laquelle la fraction de mélange prélevée est totalement vaporisée avant d'être réinjectée dans le courant principal de mélange, ainsi que des moyens assurant la mise en service sélective de ce circuit au moins pour les faibles ouvertures du papillon du carburateur. Le dispositif peut en outre comporter en aval de la chambre de chauffage précitée un ajutage de moindre section indérèglable pour l'addition d'une proportion minimale d'air secondaire frais au mélange préalablement vaporisé. On remarquera que le dispositif ainsi conçu ne modifie an rien les réglages d'origine du carburateur et ne peut en perturber le fonctionnement. Par contre, la vaporisation forcée d'une fraction du mélange par chauffage et sa réinjection dans le courant principal garantissent une alimentation plus homogène du moteur sans compromettre le bon remplissage de ses cylindres.- En effet, non seulement la condensation de la fraction - vaporisée du mélange n'est pas à craindre dans la tubulure d'admission ou dans les cylindres du moteur en raison notamment de la dépression et des turbulences qui y règnent, mais encore l'apport de chaleur qu'implique la réinjoction de cette fraction dans le courant principal de mzlanyo contribue = la vaporisation des gouttelettes de carburant qu'il véhicule et de ce fait est neutralisé par leur chaleur latente de vaporisation, de sorte que le moteur reçoit en définitive un mélange plus homogène mais de densité volumètrique et de température inchangées. On remarquera en outre que Isadditlon une faible proportion d'air frais au mélange ainsi homogénéise est sans effet néfaste, mais au contraire entraine un léger appauvrissement du mélange homogène et donc facilement combustible, au bénéfice de la consommation de carburant et de la rsduction des émissions de polluants, qu'il s'agisse des hydrocarbures imbrûlés, du monoxyde de carbone ou des oxydes d'azote, puisqu'une combustion plus complète du carburant est obtenue sans élévation de temnérature. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description qui suit de quelques exemples de réalisation du dispositif correcteur, dont aucune illustration n'est donnée en raison de la simplicité des moyens mis en oeuvre comme de la grande variété de structure des carburateurs susceptibles d'en entre équipés. Un carourateur classique comprend essentiellement une cuve à niveau constant - contré par un clapet actionné par un flotteur - qui alimente en carburant liquide par l'intermédiaire d'un gicleur principal dûment calibré un puits d'émulsion par ailleurs alimenté en air à travers un ajutage d'auto maticité. Le sommet de ce puits est en relation avec un pulvérisateur disposé dans l'axe du col d'un venturi interposé entre le filtre à air et la tubulure d'admission du moteur. En aval de ce venturi est agencé le papillon dont l'ouverture est commandée par une timonerie actionnée par la pédale d'accélérateur. La dépression existant au niveau du col du venturi dépend à la fois du régime de rotation du moteur agissant comme pompe volumètrique et de l'ou- verture du papillon agissant comms étranglement réglable. Cette dépression pro voque l'aspiration dans le puits d'émulsion d'un mélange air/carburant qui est pulvérisé dans le courant d'air épuré issu du filtre. L'ensemble est conçu pour que les gouttelettes de carburant issues de cette pulvérisation se vaporisent rapidement pour former avec l'air comburant un mélange homogène permettant 1' alimentation correcte du moteur, au moins en régime stabilisé et notamment en régime de croisière. Or, les conditions actuelles d'utilisation d'un véhicule automobile correspondent rarement à un tel régime stabilisé, mais au contraire donnent la prééminence aux régimes transitoires d'accélération et décélération dans le trafic dense habituellement rencontré en circulation urbaine ou routière, particulièrement an fin de semaine, voire au simple ralenti en cas d'embouteillage. Les carburateurs classiques comportent certes des dispositions propres à assurer une alimentation convenable du moteur dans de telles conditions. Ainsi et par exemple, la préparation du mélange en phase de ralenti est assurée par des moyens totalement indépendants, et une pompe de reprise est généralement prévue pour suralimenter le moteur l-ors des accélérations franches. Il reste qu'aux régimes de faible charge du moteur, la dépression rb- gnant au niveau du col du venturi du carburateur est insuffismement énergique pour assurer une pulvérisation satisfaisante du carburant dans l'air comburant, de sorte que le moteur est alimenté par un mélange peut-êtw correctement dosé, mais qui se présenta physiquement sous la forme d'une suspension non homogène de gouttelettes de carburant ds diamètres variés dans un courant mixte d'air et de vapeur de carburant an proportions mal contrôlées. Il s'ensuit évidemment de sérieux écarts par rapport aux conditions de combustion stoechiomètrique corrigées que plusieurs décennies d'expérience ont établies, et par voie de conséquence la production d'imbrûlds et de gaz polluants que répriment les législations en vigueur, et a fortiori les normes envisagées. L'invention a présisément pour but de pallier ces inconvénients des carourateurs classiques an préservant leurs avantages acquis par expéiience. A cet effet et comme déjà indiqué, une fraction du courant de mélange air/carburant inhomogène élaboré par le carburateur aux régimes de faible charge du moteur est dérivée, chauffée jusqu'à vaporisation complète puis réinjectée dans le courant principal après addition éventuelle d1une proportion déterminée d'air secondaire frais. Le prélèvement d'une fraction du mélange s'effectue commodément & la sortie du puits d'émulsion alimenté par le gicleur principal : par exemple, le bouchon serti ou vissé qui en obture le sommet dans un carburateur du type dit inversé peut être remplacé par un raccord à section de passage calibrée, ou bien le support du pulvérisateur dans l'axe du venturi peut être angulairement décalé pour découvrir l'orifice de communication radiale avec le puits d'automaticité, qui est alors facilement équipé d'un raccord à trois vois rétablissant cette communication en permettant le prélèvement d'uns fraction de mélange. Un conduit branché sur ce raccord amène le mélange prélevé dans une chambre de chauffage, par exemple constituée par une enceinte métallique montée au voisinage du carburateur et renfermant au moins une résistance électrique, de préférence protégée par un blindage, conformée pour offrir une grande surface d'échange thermique au mélange sans en entraver l'écoulement. A cet effet, la chambre peut é h-e par exemple un alésage percé dans un bloc métallique et dans l'axe duquel est disposé un élément chauffant cylindrique de diamètre lé- gèrement inférieur pour ménager un passage tubulaire permettant l'écoulement laminaire du mélange à réchauffer, parallèlement ou transversalement d l'axe. Plusieurs chambres semblables peuvent être agencées dans un même bloc et reliées pour être traverses simultanément ou successivement par le mélange, selon son débit-st la température de chauffage désirée. Ce chauffage peut être permanent, et par exemple assuré par un circuit couplé à la batterie dès la fermeture du contact général du véhiculs, ou de préférence intermittent et par exemple con trôlé par un thermostat etfou un détecteur de débit de mélange, ou bien par des contacteurs sélectivement fermés selon la position du papillon du carburateur et/ou le régime du moteur.Dans tous les cas, la puissance de chauffage est règlée pour assurer la vaporisation intégrale de la fraction de mélange prélevée sans pour autant la porter à une température trop élevée. Le mélange ainsi vaporisé par chauffage peut êtrs refroidi et dilus- par l'addition d'une proportion déterminée d'air secondaire frais, par exemple à travers un ajutage calibré agencé à l'extrémité aval de la chambre de chauffe. Cet ajutage peut St"' muni d'un pointeau de règlage de débit-psrmettant d'en modifier la section de passage pour un réglage aptimal de l'addition d'air3 il est toutefois souhaitable, notamment du point de vue de l'émission de polluants, que cet ajutage ne puisse être totalement obturé et soit par exemple doublé par une saignée ou un by-pass de section appropriée. Le mélange ainsi vaporisé puis éventuellement dilué est réinfecté dans le courant principal non traite par l'intermédiaire d'un simple conduit débouchant dans le passage axial du carburateur soit au voisinage du papillon, soit au niveau du col du venturi. Dans le premier cas, le débouché de ce conduit est avantageusement disposé immédiatement en amont du papillon fermé, de manière & BR Des dispositions plus élaborées pourraient être adoptées si besoin est, par exemple semblables au by-pass du circuit de ralenti. Dans le second cas, le dispositif est soumis en permanence à la dépression créée par le moteur, de sorte que son fonctionnement doit entre contrôlé de manière positive. A cet effet il est avantageusement pourvu d'une soupape de fermeture, sélectivement ouverte au moins lorsque le moteur travaille à faible charge. Cette soupape peut stras une simple valve commandée mécaniquement par la timonerie reliant le papillon du carburateur à la pédale d'accélérateur, avec intérposition éventuelle d'un accouplement à friction ou élastique à course limitée par des butées agencées pour que la soupape ne s'ouvre que lorsque le papillon est au voisinage de sa position de fermeture étanche.Cette soupape pourrait aussi bien être une électrovanne commandée par un circuit incluant en série des contacts sélectivement fermés au début de l'ouverture du papillon du carburateur et/ou aux faibles régimes de rotation du moteur. Cette dernière solution notamment a pour avantage de se prêter à toute adaptation assurant l'intervention du dispositif correcteur à d'autres régimes qu'aux faibles charges, ou inversement sa neutralisation par exemple iors de décélérations brutales. Dans ce dernier cas notamment, le dispo'itif peut être avantageusement combiné à une seconde soupape assurant la mise à l'air libre du col du venturi lors ds telles décélérations, voire sa liaison avec le collecteur d'échappement, pour ainsi supprimer toute aspiration de carburant sans compromettre l'effet de frsin moteur, la commande des deux soupapes étant assurée par des moyens similaires. Le dispositif pourrait également être combiné avec avantage à un dispositif semblable traitant le mélange élaboré par le circuit de ralenti du carburateur lorsque la papillon est totalement fermé par relAchement complet de la pédale d'accélérateur alors que le moteur tourne à faible régime. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux quelques exemples de miss en oeuvre qui ont été sommairement décrits, mais au contraire comprend toutes les adaptations, modifications et solutions techniquement équivalentes qui pourraient être facilement imaginées par l'homme de l'art et entreraient dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif correcteur de l'alimentation par un carburateur d'un moteur à combustion interne entrainant notamment un véhicule automobile, destiné à réduire la consommation de carburant et lfémission de gaz polluants notamment aux régimes de faible charge du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un circuit de dérivation par tells du mélange air/carburant branché sur le tube Ci' émulsion ou puits d'automaticité alimenté par le gicleur principal du carburateur, ce circuit incluant une chambre de chauffage dans laquelle la fraction de mélange prélevée est totalement vaporisée avant d'être réinjectee dans le courant principal de mélange, ainsi que des moyens assurant la mise en service sélective de ce circuit au moins pour les faibles ouvertures du papillon du carburateur. 2. Dispositif correcteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de dérivation précité comporte en aval de sa chambre de chauffage un ajutage de moindre section indéréglable pour l'addition d'une propor - - tion minimale d'air secondaire frais au mélange préalablement vaporisé. 3. Dispositif correcteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en co que la on ambre de chauffage précitée est constituée par une enceinte renfermant au moins une resisç cs électrique et agencée pour of frir une grande surface d'échange thermique par rapport à sa section de pasage. 4. Dispositif correcteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qua I'enceinte précitée est disposée à l'écart du carburateur et raccordée à ce dernisr par des conduits constituant le circuit précité. 5. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que le circuit de dérivation précité rejoint le circuit principal au voisinage du papillon du carburateur, de manière à être neutralisé par défaut de dépression dès que l'ouverture du papillon dépasse un degré prédéterminé. 6. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de dérivation précité rejoint le circuit principal au voisinage du col de venturi du carburateur, et est contrôlé par une soupape sélectivement commandée à l'ouverture ou à la fermeture selon le degré d1 ouverture du papillon du carburateur. 7. Dispositif correcteur selon la revendication 6, caractérise en ce que la soupape précitée est une valve mécaniquement commandée par la timonerie du papillon du carburateur, éventuellement par l'intermédiaire d'un coupleur à friction ou élastique à course limitée. 8. Dispositif correcteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la soupape précitée est une électrovanne commandée par un circuit incluant un contact actionné par la timonerie du papillon1 et éventuellement un contact commandé par force centrifuge couplé à un arbre tournant avec le moteur. 9. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la soupape précitée est commandée en combinaison avec une seconde soupape de mise à l'air libre du venturi du carburateur lors des décélérations brutales. 10. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est combiné à un dispositif similaire mais indépendant traitant le mélange issu du gicleur de ralenti.