Brevet FR2367923A1 — publié le 19780512

L'invention se rapporte à un carburateur destiné à augmenter le taux de vaporisation de combustibles volatiles et à être introduit dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. Le taux de vaporisation de combustible volatile est en relation étroite avec la quantité de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbone (HC) déchargés par le tuyau d'échappement d'un véhicule automobile et affecte également l'économie de carburant. Les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbure sont une source de pollution de l'atmosphère, comme c'est bien connu. On a déjà fait diverses propositions pour améliorer le taux de vaporisation de combustible volatile dans un carburateur faisant appel à des tamis, des matériaux poreux et analogues pour briser le combustible en une masse de fines particules à la suite du passage à travers ledit matériau (voir par exemple brevets U.S. 1 327 233, 1 857 565, 2 149 460, brevet britannique 245 254). Toutefois ces propositions n'assurent pas l'avantage désiré, entratnent dans de nombreux cas à une réduction de la puissance du moteur et ne conduisent pas ainsi.à des applications pratiques satisfaisantes. Le Demandeur a procédé à de nombreux essais et recherches concernant l'amélioration du taux de vaporisation du combustible. L'objet de la présente invention est un carburateur offrant un taux amélioré de vaporisation du combustible volatile utilisé dans un moteur à combustion interne de manière à réduire le taux de CO et de HC dans les gaz d'échappement et améliorer ltéconomie de combustible. Un autre objet est d'offrir un tel carburateur aisément applicable aux divers véhicules automobiles actuellement en usage. Suivant l'invention, un carburateur pour un moteur à combustion interne du genre comportant un venturi dans lequel passe 11 air, ce venturi ayant un col et un divergent à l'aval dudit col, la pression dans le venturi décroissant à l'aval dudit col, des moyens d'orifice principaux d'admission de combustible pour injecter un combustible liquide à l'intérieur du venturi à l'endroit du col de telle sorte qu'une partie du conbustible injecté soit transformée en vapeur qui se joint à l'air pour former un mélange d'air et de combustible vaporisé tandis qu'une autre partie du combustible injecté est projetée sous forme liquide contre les parois intérieures du divergent du venturi, un papillon disposé à l'aval du venturi et comportant un disque ayant une première surface orientée vers le venturi et une seconde surface orientée à l'opposé du venturi, la pression dans le carburateur au voisinage de la première surface étant plus élevée que la pression au voisinage de la deuxième surface est caractérisé en ce que, au moines l'un desdits venturi et disque sont munis de moyens pour vaporiser tout ou partie liquide du combustible qui y passe, ces moyens comportant une matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns, cette porosité étant insuffisante pour permettre la traversée de la matière poreuse par le mélange d'air et de combustible vaporisé, cette matière poreuse étant apte à être humidifiée par le combustible sous forme liquide de telle sorte que le combustible liquide soit absorbé par la matière poreuse et la quitte sous form rje vapeur vers 11 aval. tos caraetéristique5 et avantages de l'invention ressortiont du ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence à la figure unique annexée qui estune vueenpers- pective, partiellement en coupe, d'un dispositif d'alimentation de combustible pour un moteur à combustion interne. Dans une forme de réalisation choisie et représentée,un carburateur 1 est relié à une cuve à flotteur 2 par laquelle du combustible 3 est fourni au carburateur 1 par un passage 4 débou ehant dans le carburateur par un orifice d'alimentation principal 5 ou par un autre passage 6 conduisant à des orifices 7 et 8 res pectivement de marche à vide et d'alimentation intermédiaire. Un venturi 9 est supporté dans une position centrale dans le carburateur 1 par des bras radiaux 10. L'un de ces bras étant traverse par le passage conduisant à l'orifice 5 au centre du venturi 9 Ce dernier a un profil interne comportant un tronçon rapidement convergent vers une zone à diamètre relativement faible, puis une partie de diamètre lentement croissant. Le profil interne du carburateur 1 au dessous du tube venturi primaire 9 est similaire au profil interne du tube venturi primaire 9, formant ainsi un venturi secondaire 11. Au dessous de ce dernier, se trouve un papillon 12 en forme de disque qui est monte à pivot dans le carburateur 1 sur un arbre 3. Les orifices 7 et 8 découchent dans le carburateur 1 au voisinage du papillon 12 La présente invention s'applique à un tel dispositif en soi connu sans altération substantielle de la configuration du dispo sitif. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, un matériau poreux 1LA ayant une porosité inférieure à douze microns et de préférence inférieure à deux microns est déposé en formant un revêtement sur la face interne de la gorge 11 du carburateur, tandis que le venturi primaire 9 et le papillon 12 sont formés d'un matériau poreux avec une porosité inférieure à~douze microns. Pour décrire les fonctions du matériau poreux, on va décrire successivement ci-après les diverses pièces comportant un tel matériau. Dans le venturi primaire 9, comportant une zone de diamètre rapidement convergent puis une zone de diamètre lentement croissant, une diminution de la pression a lieu dans la partie divergente lorsque l'air est aspiré à travers le venturi 9. Cette diminution de pression aspire du combustible liquide à travers l'orifice d'alimentation principal 5 et provoque la dispersion du combustible liquide dans le courant d'air passant dans le venturi 9. Par suite de l'élargissement du diamètre dans cette partie du ven-turi, l'écoulement d'air venant du col du venturi se dilate au cours de son passage dans la zone du diamètre croissant, cette dilatation provoquant le rejet des particules de combustible provenant de l'orifice 5 sur les parois internes de la partie divergente du venturi 9 comme indiqué par les flèches A. Egalement en raison de l'abaissement de la pression précitée, une partie du combustible provenant de l'orifice 5 se trouve vaporisée. Dans un venturi connu réalisé en métal, la partie liquide du jet combustible qui frappe la paroi interne du venturi ruisselle sur cette paroi et tombe en gouttelettes du-bord inférieur du venturi. Ainsi l'action du venturi primaire et de l'orifice 5 en vue de briser le combustible liquide entrant en un jet se trouve neutralisée, le jet se trouvant recondensé en larges gouttes. Lorsque la partie divergente 9a du venturi est faite en un matériau poreux de porosité inférieure à 12 microns au lieu d'être faite en métal, le combustible liquide -qui est projeté sur sa paroi interne se trouvera absorbé dans le matériau poreux. En raison de la variation de pression le long de la partie divergente du venturi, le combustible liquide ainsi absorbe se trouve libéré de la paroi poreuse sous forme-de gaz ou vapeur à mesure qu'il progresse vers la sortie. On évite ainsi que le combustible liquide absorbé se condense et retombe en gouttelettes du bord inférieur du venturi primaire 9. Ainsi, lorsque la partie 9a du venturi primaire 9 est formée en un matériau poreux de porosité inférieure à 12 microns, le taux de vaporisation du combustible la traversant se trouve remarquablement amélioré par rapport à ce que l'on peut constater dans un venturi semblable fait en métal. On évite aussi ia condensation du combustible en larges gouttes. La partie 11 du carburateur formant venturi secondaire présente un profil similaire à celui du venturi primaire 9. La pression est relativement élevée dans la zone de diamètre réduit et s'abaisse à mesure que le diamètre augmente dans la partie convergente. L'action de la partie 11 du carburateur consiste en une vaporisation complémentaire du combustible venant du venturi primaire et ceci par un abaissement de la pression. Lorsque le courant d'air-combustible sort du venturi primaire 9, en raison de la rapide expansion en un jet de plus grand diamètre, le combustible liquide se trouve projeté contre la paroi de la partie 11 et ruisselle le long de celle-ci. Lorsque la partie 11 se trouve revêtue du matériau poreux lla de porosité inférieure à 12 microns selon l'invention, le combustible projeté contre la paroi lla, selon les flèches B, se trouvé absorbé dans le matériau poreux et est libéré ensuite comme indiqué par les flèches C sous forme de gaz ou vapeur au fur et à mesure de la progression vers les zones de pression plus basses. Ainsi, lorsque la chambre du carburateur 11 est pourvue d' un revétement lla du matériau poreux, le taux de vaporisation du combustible est amélioré par rapport à ce que l'on peut constater dans une chambre de carburateur usuelle en matériau solide et on évite encore la retombée en gouttes ou ruissellement du combustible dans la tubulure d'admission du moteur. Dans les expériences initiales, le matériau poreux utilisé était du plâtre fortement dilué dans l'eau et déposé à la brosse sur la zone requise. Lorsqu'on a cherché à augmenter l'épaisseur de la couche de matière poreuse, les performances sont détériorées. L'indication utilisée pour déterminer l'épaisseur optimale de couche poreuse était la transparence de la couche à l'état mouillé avec combustible. Toute épaisseur qui était plus grande que celle permettant la transparence à l'état mouillé avec le combustible conduit à une baisse de rendement. L'épaisseur préférable de la couche poreuse se situe au-dessous de 0,3 mm. Le papillon 12 est habituellement un disque métallique lié à l'arbre 13 dont la rotation commande la quantité de mélange aspiré dans le moteur. Suivant l'invention, la partie du disque du papillon 12 est constituée entièrement en un matériau poreux de porosité inférieure à 12 microns. L'action de commande du régime moteur reste la même qu'avec un papillon métallique normal. Toutefois, lorsque le disque du papillon est en matériau poreux, comme indiqué, le combustible liquide porté par le courant d'air-combustible venant des parties en amont du carburateur se trouve absorbé en partie sur la surface supérieure du disque comme indiqué par les flèches D et la porosité du matériau est tellement fine que le débit d'air et de vapeur qu'il est susceptible de traverser est négligeable. L'air et la vapeur de combustible contournent le bord du disque 12, comme indiqué par la flèche E. En raison de la différence de pression entre la surface supérieure du papillon poreux et la surface inférieure de celui-ci la surface inférieure se trouvant exposée à une pression plus basse, le combustible liquide absorbé à la surface supérieure se trouve libéré à la surface inférieure sous forme de gaz ou de vapeur. I1 en résulte une amélioration remarquable du taux de vaporisation. Le dispositif tel que décrit a été soumis à des essais pour contrôler les taux de CO et de HC dans les gaz d'échappement et l'on a également procédé à des mesures de la distance parcourue pour une quantité donnée de combustible. Les essais furent effectués en utilisant un véhicule automobile de marque "Isuzu Florian" de 1600 cc avec et sans matière poreuse dans le carburateur. ea matière poreuse utilisée était du plâtre de Paris ayant une porosité inférieure à 12 microns. La matière poreuse est déposée sur les zones à recouvrir de la chambre du carburateur avec une épaisseur d'environ 0,2 mm. Le disque de carburateur fait en plâtre de Paris est formé sur une armature en toile métallique destinée à assurer la résistance mécanique, et l'épaisseur du disque en plâtre est d'environ 2,5 mm. Dans les essais, les détecteurs de CO et de HC sont installés dans le véhicule et les instruments indicateurs des quantités relatives de chaque gaz sont installés devant le conducteur de manière à permettre des lectures instantannées dans les diverses conditions de conduite. Ces indications ne sont que relatives et ne donnent pas les indications quantitatives en partie par million ou gramme par kilomètre. On a également disposé d'autres indicateurs donnant le nombre de kilomètres par litre et dans ce cas 1' indicateur est exactement calibré et donne des indications quantitatives en kilomètres par litre. Les résultats d'essais sont donnés dans le tableau ciaprès Carburateur usuel Carburateur avec sans matière poreuse matière poreuse Emission de CO moteur à vide en marche (40 km/h.) 10+ 3,5 à 4 Emission de HC moteur à vide 3 2 accélération 10+ 4 en marche (40 km/h.) 9 3 imil (conduite en ville) 7 à 8 10 à 11 Dans le tableau ci-dessus, les lectures "10+" signifient que l'aiguille de l'instrument dépasse le maximum de l'échelle. Ces lectures auraient pu être de l'ordre de 15 ou davantage si l'échelle de l'instrument avait été étendue. T1 a été constaté dans les essais que lorsque la partie du carburateur était revêtue du matériau poreux, on pouvait réduire la dimension des orifices de sortie de combustible environ 30 % sans que la puissance et les performances du moteur s'en trouvent affectées par rapport à ce qui et ait obtenu avec le carburateur normal. Ceci doit astre attribue à l'amélioration de la vaporisation du combustible. Après utilisation du carburateur selon l'invention, sur environ 500 km il a t constaté que les bougies sont devenues pro hures et atu-uil n- avait pas de dépit de noir de carbone. Ces bou gies avaient été précédemment utilisées avec le carburateur usuel et présentait un important dépôt de carbone sur la partie métallique. I1 a été egalement noté dans les essais que le dépôt de noir de carbone sur la paroi interne du tuyau d'échappement avait changé d'aspect ayant pris une couleur brune. Ceci est une indication d'absence de carbone libre dans les gaz d'échappement et la couleur brune provenait des additifs dans le combustible. Comme il apparat de la description et des résultats d'essais exposés ci-dessus, dans le dispositif selon l'invention, lé combustible liquide passé dans le carburateur est effectivement gazéifié ou vaporisé par le matériau poreux et le combustible gazéifié ou vaporisé est intimement mélangé avec l'air, de sorte que le mélange air-combustible introduit dans les chambres de combustion du moteur se trouve brillé à peu près complètement aveccomme conséquence que les émissions de CO et de HC dans le gaz d'échappement se trouvent remarquablement réduites et que le rendement de l'automobile utilisant le dispositif est considérablement aug menté. Dans la présente description, par matière'poreuse, il convient d'entendre ure matière dont les alvéoles sont plus petits que 12 microns et communiquent entre eux. La substance dont la matière poreuse est faite est stable et conserve sa forme à la chaleur sans être affectée par le combustible. De nombreuses substances répondent à cette condition, telles que le plâtre de Paris, le gypse, la céramique, le métal fritté, toute substance qui peut être formée en poudre fine et traitée à la chaleur ou à la pression pour former une masse compacte ayant la porosité désirée, ou encore une substance telle que le plate de Paris qui présente la porosité nécessaire lorsqu'elle est traitée par un procédé de prise qui, dans le cas du plate de Paris, consiste à mélanger simplement le plâtre de Paris sec avec de l'eau, etc...La caractéristique importante est-que la granulométrie soit fine et que la porosité soit plus petite que 12 microns et de préférence plus petite que 2 microns. Il importe que lorsque la matière poreuse est humidifiée.ou chargée avec un liquide (le combustible), il deyienne non poreux, c'est-à-dire le liquide remplissant les pores de la matière poreuse forme un barrage et empêche le passage de tout écoulement d'air ou de gaz à moins qu'unie pression considérable ne soit appliquée pour chasser le liquide des pores. Une telle pression serait d'ailleurs bien supérieure à celle qui peut exister normalement dans le carburateur. I1 n'est pas souhaitable que le combustible liquide soit chassé de la matière poreuse sous forme liquide. La condition est donc que la porosité soit assez fine pour retenir le liquide et lui permettre de s'échapper seulement sous forme de gaz ou vapeur. C'est la très fine porosité qui permet une transformation rapide du combustible liquide en gaz vapeur. I1 y a lieu de noter que la matière ayant une très fine porosité, si elle était disposée dans une région où il n'y a pas de communication entre une zone à haute pression et une zone à basse pression, serait inopérante et pourrait même, dans certains cas, abaisser les performances-du carburateur. REVENDICATIONS 1) Carburateur pour un moteur à combustion interne du genre comportant un venturi dans lequel passe l'air, ce venturi ayant un col et un divergent à l'aval dudit col, la pression dans le venturi décroissant à l'aval dudit col, des moyens d'orifice principaux d'admission de combustible pour injecter un combustible liquide à l'intérieur du venturi à l'endroit du col de telle sorte qu'une partie du combustible injecté soit transformée en vapeur qui se joint à l'air pour former un mélange d'air et de combustible vaporisé tandis qu'une autre partie du combustible injecté est projetée sous forme liquide contre les parois intérieures du divergent du venturi, un papillnn disposé à l'aval du venturi et comportant un disque ayant une première surface orientée vers le venturi et une seconde surface orientée à l'opposé du venturi, la pression dans le carburateur au voisinage de la première sur- face étant plus élevée que la pression au voisinage de la deuxième surface, caractérisé en ce que au moins l'un desdits venturi et disque sont munis de moyens pour vaporiser tout ou partie liquide du combustible qui y passe, ces moyens comportant une matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns, cette porosité étant insuffisante pour permettre la traversée de la matière poreuse par le mélange d'air et de combustible vaporisé, cette matière poreuse étant apte à autre humidifiée par Le combustible sous forme liquide de telle sorte que le combustible liquide soit absorbé par la matière poreuse et la quitte sous forme de vapeur vers l'aval. 2) Carburateur pour un moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière poreuse est prévue dans le venturi longitudinalement depuis e col sur cut le divergent seulement. 3) Carburateur pour un moteur à combustion interne sui & rt: la revendication 2, caractérisé en ce que le venturi comporte un tube venturi primaire et un venturi secondaire, le tube venturi primaire étant pourvu de matière poreuse, en sa partie qui stétend depuis le col sur tout le divergent. 4) Carburateur pour un moteur à combustion interne suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite partie du tube de venturi est faite en matière poreuse. 5) Carburateur pour un moteur à combustion interne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le papillon est fait de ladite matière poreuse. 6) Carburateur pour un moteur à combustion interne suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit venturi comporte un tube venturi primaire et un venturi secondaire, ledit venturi secondaire étant pourvu de ladite matière poreuse en sa partie qui s'étend depuis le col sur tout le divergent. 7) Carburateur pour un moteur à combustion interne suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite matière poreuse revêt ladite partie du venturi secondaire sur une épaisseur de moins de 0,3 mm. 8) Carburateur pour un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un papillon fait en matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns et une chambre de carburateur revêtue sur une partie avec une matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns, ladite partie revêtue s'étendant longitudinalement depuis une partie de la chambre de diamètre relativement petit jusqu a une partie de la chambre de diamètre relativement grand. 9) Carburateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu u il comporte en outre un tube venturi fait sur une partie en une matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns, cette partie du tube venturi s 'étendant longitudinalement depuis une partie de diamètre relativement petit jusqu'à une partie de diamètre relativement grand. 10) Carburateur pour un moteur à combustion interne, carac trr1se CT ce qu'il comporte un disque de papillon fait en matière poreuse ayant une porosité de moins de 12 microns et un tube venturi ait sur une partie en matière poreuse ayant une porosité de zones de 12 microns, cette partie s'détendant longitudinalement de puis une partie du tube venturi de diamètre relativement petit Jusquga une partie du tube venturi de diamètre relativement grand.