Brevet FR2381918A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un dispositif pour l'introduction d'un appoint d'air dans le mélange alimentant un moteur à explosion et notamment un tel dispositif de nature à rendre la combustion du carburant plus complète pour réduire les teneurs en oxyde de carbone (CO) et en hydrocarbures (HC) des gaz d'échappement du moteur. Normalement, dans un moteur à explosion, la tubulure d'admission et ses raccordements avec les chambres de combustion et avec le carburateur sont parfaitement étanches, afin qu'il ne pénètre dans la tubulure que de l'air provenant de l'orifice d'admission d'air du carburateur. On a déjà fait diverses tentatives pour introduire un appoint d'air dans le canal d'admission, en aval du carburateur. Ces tentatives ont consisté, dans la plupart des cas, à interposer un dispositif entre le carburateur et la tubulure d'admission ; en ral, ces dispositifs présentent sur leur pourtour des orifices de formes diverses permettant la pénétration, dans le canal d'admission d'air soit directement prélevé sur l'atmosphère ambiante, soit réchauffé. Ces orifices ont la grandeur voulue pour laisser l'air les traverser librement et ne provoquer que peu d'étranglement. En conséquence, on interpose entre l'atmosphère ambiante et l'orifice un moyen propre à régler l'arrivez d'air ; autrement dit, le débit d'air est réglé par le régulateur et non par les orifices, qui laisse l'air passer dans le canal d'admission.Pour des raisons diverses, ces dispositifs sont tous inaptes à exercer l'effet souhaité sur la marche du moteur et soulèvent souvent de nombreux problèmes : instabilité et difficultés de réglage, de sorte qu'ils n' ont pas été ni agréés ni utilisés dans l'industrie automobile. En conséquence, la pratique courante consiste encore à interdire, par maintien d'une étanchéité totale, toute espèce d'infiltration d'air dans le canal reliant le carburateur aux chambres de combustion. Etant donné les efforts faits actuellement dans le monde entier pour réduire la pollution par les gaz d'échappement des moteurs à explosion, certains constructeurs d'automobiles ont adoptE une technique consistant à injecter sous pression une petite quantité d'air dans le canal d'admission, immédiatement en amont de la soupape d'admission. Selon eux, cette technique réduirait dans une certaine mesure la pollution, mais exige des agencements généralement compliqués et n'ameliore en rien, jusqu'à présent, le rendement ou les performances du moteur. Dans les systèmes standards d'admission de carburant, il est extrêmement difficile d'ajouter au carburant un volume d'air suffisant et d'autre part, de mélanger intimement l'air avec le carburant ; en conséquence, il y a excès de carburant, ce qui provoque la formation de carbone libre qui se dépose en haut des chambres de combustion et dans le tuyau d'échappement et est partiellement émis -dans l'atmosphère. Outre le carbone libre, il apparaît une forte proportion d'oxyde de carbone (CO) résultant de la combustion de composés de carbone en présence d'une quantité d'air insuffisante. Simultanément, des hydrocarbures (HC) formés par une fraction de carburant non brûlé passe à l'échappement. Logiquement, pour éviter la mise à l'atmosphère de carbone libre, d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures, il faut prévoir un supplément d'air pour assurer la combustion totale de tout le car virant parvenant au moteur mais, comme mentionné plus haut, on se heurte à des limitations physiques résultant de la nature du système assurant l'introduction du carburant dans le moteur et son mélange avec de l'air. I1 faut encore, on l'a dit, mélanger très intimement l'air avec le carburant. De ce qui précède, il ressort que, pour brûler plus complètement le carburant, il est vivement souhaitable d'introduire un appoint d'air dans le courant de mélange sortant du carburateur. Si l'on prévoir à cette fin un seul orifice d'air, à section de passage assez grande pour introduire un appoint d'air suffisant, dans la paroi du collecteur outubulure d'admission, l'air pénètre en jet puissant dans le canal d'admission et engendre de la turbulence transversale dans le melange arrivant du carburateur. Par turbulence "transversale", on entend ici de la turbulence engendrée radialement dans la tubulure.Une telle turbulence réduit le débit normal d'écoilement du mélange dans le canal d'admission et rend le fonctonnement du moteur instable.En outre, un tel volume d'air entrant à peu près librement par le grand orifice d'air ramène la dépression régnant dans la tubulure en deçà de la limite admissible. Pour ces raisons, un tel orifice ménagé dans la tubulure ne permet pas le fonctionnement du moteur. En conséquence, la présente invention a pour but de réaliser un dispositif propre à introduire, dans le courant de mélange alimentant un moteur à explosion, un appoint d'air suffisant pour brûler complètement le carburant et assurer ainsi non seulement une réduction des pourcentages de carbone libre, d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures contenus dans les gaz d'échappement du moteur, mais encore un meilleur rendement du moteur. Par expérimentation et recherches poussées, le demandeur a établi que si l'on introduit à vitesse faible de l'air dans un canal d'admission par des orifices satisfaisant à certaines conditions physiques et situés sur une surface périphérique non supérieure à la périphérie du canal d'admission, l'arrivée d'air étant sensiblement uniforme sur tout le pourtour de ce canal1 il n'apparaît pas de turbulence transversale dans le mélange traversant le canal d' admission. La section de passage globale de ces orifices pour 1' introduction d'un appoint d'air dans le canal d'admission peut atteindre 308 de la section totale d'admission d'air du carburateur sans réduction gênante ou inadmissible de la dépression régnant dans la tubulure et, dans ces conditions, le moteur a un fonctionnement régulier et de hautes performances. Pour obtenir ce résultat selon l'invention, on ménage dans un canal d'admission reliant le carburateur aux chambres de combustion d'un moteur à explosion de petits passages satisfaisant à certaines conditions physiques, situés sur le pourtour dudit canal et faisant communiquer celui-ci avec l'atmosphère ambiante. Chaque passage présente une largeur faible entre ses deux côtés opposés, pour étrangler le courant d'air qui le traverse.Du fait de cet étrangle- ment apparaissant au débouché du passage dans le canal d'admission, c'est-à-dire sur le pourtour du canal d'admission, l'air arrivant se dilaté rapidement en pénétrant dans ce canal, ce qui réduit rapidement sa vitesse et évite ainsi l'apparition d'une turbulence transversale, et l'air pénétrant dans le canal d'admission par ces orifices étranglés se répartit largement et régulièrement dans le courant de mélange arrivant du carburateur en sortant des passages; de plus, l'air introduit est uniment entraîné dans les chambres de combustion. Selon un autre aspect de l'invention, il faut que l'etrangle- ment du courant d'air traversant le passage soit maximum au débouché du passage dans le canal d'admission et qu'il n'existe pas, entre le débouché du passage dans ce canal et l'atmosphère, d'étran- glement plus accusé que celui du passage ou de l'ensemble des passages. Selon un autre aspect encore de l'invention, du fait de 1' étranglement subi par le courant d'air traversant le passage puis de la dilatation brusque ou explosive subie par l'air lorsqu'il franchit le passage et pénètre en se dilatant dans le canal d'admission, une forte microturbulence apparaît au voisinage immédiat du passage et assure un mélange intime de l'appoint d'air arrivant avec le courant de mélange, tout en améliorant le mélange de flair et du carburant dans ce courant. En prévoyant des passages répondant aux conditions physiques prescrites, on obtient les avantages offerts par la microturbulence en supprimant les inconvénients de la turbulence transversale. L'inventeur a établi qu'il existe, pour les passages précités, une valeur maximale critique au-delà de laquelle la microturbulence avantageuse disparaît et est remplacée par de la turbulence transversale. I1 a aussi établi que cette valeur critique maximale est celle de l'espacement entre deux cotés opposés du passage. En conséquence, la condition physique à laquelle doivent satisfaire les passages est que la distance séparant leurs deux côtés opposés soit inférieure à la valeur critique maximale. La valeur critique maximale sus-mentionnée varie selon la cylindrée du moteur et le diamètre du canal d'admission, mais on peut la déterminer très facilement par tâtonnements à la lumière de la présente description, ou au moyen d'équations comportant pour variables la cylindrée du moteur, le diamètre du canal d'admission et des données analogues. Un dispositif préféré selon l'invention comprend une série de plaques définissant entre elles des espaces d'air minces et dont chacune présente un trou central. Les trous centraux font partie du canal d'admission quand le dispositif est posé en aval du carburateur. Les plaques peuvent etre empilées de manière à ménager entre elles une série-d'espaces périphériques horizontaux étroits (de largeur inférieure à la valeur critique maximale) qui entourent le canal d'admission. Chacun des espaces ainsi définis ne laisse pénétrer qu'un volume réduit d'air animé d'une vitesse faible, afin de ne pas créer de turbulence transversale dans le courant de mélange parcourant le canal d'admission. La section de passage globale offerte par ces espaces peut atteindre 30% de la section totale d'admission d'air du carburateur. On peut aussi prévoir un espace d'air mince continu, entourant en hélice le pourtour du canal d'admission reliant le carburateur au canal d'admission. Dans ce cas aussi, la largeur de l'espace mince est inférieure à la valeur critique maximale et l'espace en hélice peut avoir la longueur totale voulue pour offrir une section de passage atteignant 30% de la section d'admission d'air du carbu rateur. Du fait que l'espace a une largeur inférieure à la valeur critique maximale et sensiblement constante sur toute sa longueur, le débit auquel l'air le traverse en tout point est assez restreint pour ne pas créer de turbulence transversale dans le courant de mélangeparcourant le canal d'admission ; cependant, la section de passage globale offerte par le long espace hélicoïdal permet à un grand volume d'air de pénétrer dans le canal d'admission. Un autre dispositif préféré selon l'invention comprend une paroi périphérique entourant un alésage axial qui est incorporé au canal d'admission quand le dispositif est posé en aval du carburateur. La paroi périphérique présente une série de petits orifices dont les deux côtés opposés sont séparés, suivant le pourtour dé la paroi, par une distance inférieure à la valeur critique et qui font communiquer le canal d'admission avec l'atmosphère. Dans cet exemple, la paroi périphérique peut être une pièce métallique perforée. Chacun des petits orifices ne laisse pénétrer qu'un volume restraint d'air animé d'une vitesse faible, pour ne pas créer de turbulence transversale dans le courant de mélange parcourant la tubulure. La section de passage globale offerte par les petits orifices peut atteindre 30% de la section totale d'admission d'air dans le carburateur. En variante, on peut réaliser le dispositif décrit ci-dessus en ménageant directement dans le canal d'admission une série d'osi- ficus dont chacun présente, entre deux côtés opposés, un espacement inférieur à la valeur critique maximale. On va maintenant décrire en détail les buts et aspects précités de la présente invention, ainsi que d'autres, en se référant à des réalisations préférées illustrées par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente en perspective un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 représente ce dispositif monté entre un carburateur et un canal d'admission - la figure 3 représente un dispositif selon une variante - la figure 4 représente en coupe le dispositif montré sur la figure 3 monté entre un carburateur et un canal d'admission. Selon le premier mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, il est prévu un dispositif 1 comprenant quatre plaques rectangulaires 2 empilées avec interposition, entre les coins de plaques 2 successives, de cales d'épaisseur 3 ménageant entre les pla ques 2 des passages ou espaces 4 ayant tous la même largeur. Des rondelles 3 sont aussi posées dans les coins sur la plaque supérieure 2a et sous la plaque inférieure 2b. Chaque plaque 2 présente en son centre un trou circulaire 5, tous les trous 5 étant situés en regard quand les plaques sont empilées comme représenté. Le trou 5 de chaque plaque 2 a sensiblement le même diamètre que le canal d'admission reliant le carburateur à la tubulure d'admission.Chaque plaque 2 présente aussi dans ses coins des trous flanqués par dessus et par dessous de rondelles 3.Quand les plaques sont empilées, ces trous et les trous circulaires 3a des rondelles 3 sont situés en regard, ce qui permet d'interposer le dispositif 1 entre le carburateur 6 et la tubulure d'admission 7 au moyen de boulons 8 traversant les enfilades de trous des plaques 2 et des rondelles 3. Avec l'agencement décrit ci-dessus, lorsqu'on pose le dispositif 1 entre le carburateur 6 et la tubulure d'admission 7, au moyen des boulons 8, de sorte que les trous circulaires centraux 5 des plaques 2 sont situés dans l'axe des embouts 9 du carburateur 6 et 10 de la tubulure 7, l'enfilage de trous circulaire 5 se trouve incorporé au canal d'admission communiquant avec les chambres de combustion du moteur. Le canal d'admission formé par l'enfilage de trous 5 des plaques 2 empilées communique aussi avec l'atmosphère à travers la série de minces interstices périphériques 4, 4a et 4b définis entre les plaques empilées 2, entre la tranche inférieure du carburateur 6 et la plaque supérieure 2a et entre la plaque inférieure 2b et la tranche supérieure de la tubulure d'admission 7. I1 faut insister sur le fait que chacun des espaces 4, 4a et 4b définis par le dispositif décrit est très étroit. La largeur maximale qu'on peut donner à chacun de ces espaces en conservant au moteur un fonctionnement régulier peut varier selon la cylindrée du moteur, mais doit demeurer inférieure à une valeur critique maximale telle qu'il n'apparaisse pas de turbulence transversale dans le courant de mélange traversant la tubulure d'admission d'un moteur donné. En général, la valeur critique maximale de cette largeur d'interstice est voisine de 1 mm pour les moteurs à forte cy lindrée, et donc inférieure à 1 mm pour les moteurs à petite cylindrée. Le demandeur a remarqué que, lorsqu'on définit, par empilage de plaques 2, une série d'espaces périphériques 4 ayant tous une largeur nettement inférieure à la valeur critique maximale, la section de passage globale offerte par ces espaces peut être au moins trois fois plus grande que lorsqu'il est prévu un seul espace et que, pour un fonctionnement uni du moteur, la section de passage globale orrerte par les espaces périphériques 4, 4a et 4b définis par les plaques 2 empilées peut représenter 20 à 30% de la section totale d'admission d'air du carburateur. De plus, il est pré férable que les espaces d'air 4, 4a èt 4b ainsi définis aient une largeur uniforme sur tout le pourtour du canal d'admission de la tubulure. On a essayé un dispositif du type représenté sur la figure 1, monté sur une voiture de marque Isuzu Florian d'une cylindrée de 3 1 600 cm . Au cours de ces essais, on a commencé par ménager un seul espace périphérique entre le carburateur et la tubulure d' admission, à l'aide d'une seule cale d'épaisseur. Cet essai a permis de noter que la largeur maximale critique de l'espace autorisant la marche du moteur est de 0,34 mm. Autrement dit, quand la largeur de l'espace dépasse 0,34 mm, il est difficile de faire démarrer le moteur et, s'il démarre, on ne peut le faire fonctionner uniment. Avec cet espace périphérique unique, un appoint d'air pénètre bien dans le mélange traversant le canal d'admission, mais du fait que la largeur de l'espace est très faible, la quantité d'air qu'on peut admettre est réduite et insuffisante pour influencer nettement la marche du moteur, bien qu'on note des performances un peu dif férentes. Des essais successifs ont permis de noter queJorsqu'on ménage une série d'espaces périphériques 4, 4a et 4b dont on maintient la largeur en deçà de la valeur critique, la marche du moteur est remarquablement améliorée. On a aussi observé qu'on peut obtenir de hautes performances et une marche régulière du moteur quand la section de passage globale offerte par les espaces 4, 4a et 4b dé- finis par les plaques empilées représente 20 à 30% de la section totale d'admission d'air du carburateur. Ainsi, il est possible d'introduire dans le courant de mélange assez d'air pour brûler une forte proportion du carburant et rendre faibles les teneurs en oxyde de carbone (CO) et en hydrocarbures (HC) des gaz d'echappe- ment. Les conditions de marche du moteur sont optimales lorsqu'on empile neuf plaques 2 pour définir dix espaces 4, 4a et 4b ayant tous une largeur d'environ 0,17 mm. Dans ces conditions optimales, la section de passage globale des espaces définis par les plaques empilées représente environ 258 de la section totale d'admission d'air du carburateur. En procédant à des études et recherches, on a essayé divers modes de dispositifs du type représenté sur la figure 1. Dans l'un de ces dispositifs, le débouché de l'espace étroit est décalé vers l'extérieur par rapport au pourtour du canal d'admission en ce sens que l'air sortant de l'espace étroit traverse un passage plus large avant de déboucher effectivement dans le canal d'admission. Ce dispositif est tout à fait insatisfaisant et aucun ajustement ne permet de faire marcher le moteur uniment et efficacement comme c'est le cas quand l'espace étroit débouche tout juste sur la périphérie du canal d'admission et que l'air penetre directement dans ce canal après l'avoir traversé. On va maintenant considérer la variante illustrée par les figures 3 et 4, qui montrent un dispositif 11 formé d'une paroi cylindrique 12 traverséepar une série de petits passages ou orifices 13. La paroi cylindrique définit un alésage axial 14 qui fait partie du canal d'admission reliant le carburateur 6 à la tubulure dl admission 7 quand le dispositif 11 est posé entre ces deux organes au moyen de plaques de montage 15 et de boulons 16, comme représenté sur la figure 4. Les orifices 13 ménagés dans la paroi cylindrique 12 sont répartis à peu près uniformément sur le pourtour de cette paroi. Leur grandeur ou diamètre individuel peut varier d' après la cylindrée du moteur, mais doit être assez faible pour qu il n'apparaisse pas de turbulence transversale dans le courant de mélange traversant le canal d'admission.De préférence, le diamètre individuel des orifices demeure inférieur à 1 mm pour la plupart des automobiles. De plus, pour que le moteur marche uniment et ait de hautes performances, l'aire globale des orifices 13 de la paroi cylindrique 12 peut représenter 20 à 30% de l'aire totale d'admission d'air du carburateur. En essayant le dispositif selon la variante, on a constaté que, si l'on ménage un seul orifice d'air circulaire de 3 mm de diamètre dans la paroi de la tubulure d'admission pour introduire dans celle-ci un appoint d'air, on ne peut pas faire démarrer le moteur. Par contre, lorsqu'on prévoit une série d'orifices ayant chacun un diamètre d'environ 0,3 mm, répartis sur le pourtour de la tubulure et dont l'aire globale est au moins six fois supérieure à celle de l'orifice circulaire unique de 3 itrn, le moteur fonctionne uniment et son démarrage est instantané. Ainsi, le dispositif 11 selon la variante permet d'introduire dans le courant de mélange assez d'air pour obtenir une combustion poussée et donc pour rendre faibles les teneurs en oxyde de carbone (CO) et en hydrocarbures (HC) des gaz d' échappement. Bien entendu, on pourra apporter aux réalisations préférées décrites diverses modifications et variantes. Par exemple, on pourra modifier la première réalisation illustrée par les figures 1 et 2 en faisant définir une série d'espaces verticaux étroits par une série de plaques espacées disposées verticalement et radialement pour ménager intérieurement un alésage axial qu'on puisse incorporer au canal d'admission reliant le carburateur à la tubulure d'admission. On peut encore disposer obliquement les plaques définis sant l'alésage axial pour qu'elles définissent des espaces obliques communisuant avec cet alésage. On peut encore modifier la seconde réalisation en ménageant dans la paroi cylindrique 12 de petits orifices de forme autre que circulaire, par exemple oblongue. Toutefois, on notera que, pour toutes ces variantes, l'espacement entre deux côtés opposés de chaque espace ou orifice doit être assez faible (inférieur à la valeur critique maximale) pour qu'il n'apparaisse pas de turbulence dans le courant de mélange traversant l'embout et que l'aire globale des espaces ou orifices peut atteindre 30% de l'aire totale d'admission d'air du carburateur. REVENDICATIONS 1. Dispositif à monter entre le carburateur et les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne pour introduire un appoint d'air dans un canal d'admission les reliant, ce dispositif (1, 11) étant caractérisé en ce qu'il présente un trou central (5, 14) de grandeur non supérieure à celle du canal d'admission (9, 10) sur lequel on doit monter le dispositif, et une série de passages d'air (4,13) débouchant dans le pourtour dudit trou central (5, 14) ces passages d'air rendant maximum sur le pourtour dudit trou central l'étranglement subi par le courant d'air d'appoint qui les traverse pour pénétrer dans ledit canal d'admission, et en ce que l'espacement entre deux côtés opposés de chaque passage d'air est inférieur à la valeur critique au-delà de laquelle il apparaît-de la turbulence transversale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur individuelle des passages d'air (4, 13) est inférieure à 1 mm environ et en ce que la section de passage globale desdits espaces d'air peut atteindre 30% de la section totale d'admission d'air du carburateur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les passages d'air sont des espaces d'air étroits (4), superposés verticalement. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on définit lesdits espaces d'air en superposant une série de plaques (2) dont chacune présente ledit trou central (5) et en ce que chaque espace d'air (4) ménagé entre deux plaques voisines a une largeur sensiblement uniforme entre les deux plaques et sur tout le pourtour dudit trou central. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les passages d'air sont de petits orifices (13) ménagés dans une paroi cylindrique (12) dont l'alésage axial (14) forme ledit trou central. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section de passage globale offerte par les passages d'air (4, 13) sur le pourtour dudit trou central (5, 14) est au moins trois fois supérieure à celle offerte par un seul espace d'air dont la largeur a la valeur critique.