Brevet FR2359286A1 — publié le 19780217

La présente invention concerne un dispositif et un procédé destinés a améliorer le degré de vaporisation de combustibles volatils, a utiliser notamment dans un passage d'admission reliant le carburateur aux chambres de combustion d'un moteur a explosion ou a combustion interne pour vaporiser le carburant liquide contenu dans le mélange arrivant du carburateur. Le degré de vaporisation de carburants volatils, tels qu'essence, alimentant les chambres de combustion d'un moteur est intimement lié aux teneurs en oxyde de carbone CO et en hydrocarbure HC des gaz d'échappement d'une automobile, ainsi qu'a la distance parcourue par volume unitaire de carburant consommé. Or, l'oxyde de carbone et l'hydrocarbure mis a l'atmosphère polluent l'air, ce qui est, on le sait, très nocif du point de vue sanitaire. En conséquence, on a déjà proposé diverses méthodes pour améliorer le degré de vaporisation de carburants volatils, par exemple en-interposant un tamis ou un élément poreux à gros pores sur toute la section du passage d'admission reliant un carburateur aux chambres de combustion, afin de réduire le carburant du mélange en un fin brouillard par pulvérisation, comme décrit dans les brevets US 1 311 071, 1 315 758, 1 443 116, 1 973 889, 2 701 557 et 2 560 220. Toutefois, avec un tel tamis ou élément à gros pores, on ne parvient pas à vaporiser le carburant du mélange dans une mesure suffisante pour réduire notablement la mise à l'atmosphère de CO et HC, du fait de la grosseur des mailles ou pores.Par ailleurs, si l'on réunit des filaments métalliques fins, tissés ou non, tels que décrits dans les brevets US 1 798 492 et 2 033 753, en une masse dense interceptant le passage d'admission, pour vaporiser le mélange traversant ce dernier, on gêne fortement l'écoulement du mélange vers les chambres de combustion, ce qui provoque une grosse perte d'énergie. En conséquence, de telles structures ne sont pas satisfaisantes. On a aussi proposé d'autres solutions, par exemple d'ajuster la richesse du mélange d'après la vitesse de rotation du moteur, ou de régler la température de l'air envoyé au moteur. Toutefois, ces solutions exigent des structures compliquées et sont onéreuses ou réduisent la puissance du moteur, de sorte que leur application pratique n'est pas satisfaisante. En conséquence, la présente invention a pour buts de réaliser: - un dispositif et un procédé destinés à améliorer le degré de vaporisation de carburant volatil, dans un moteur à combustion interne, de manière à réduire grandement les teneurs des gaz d' échappement en oxyde de carbone et hydrocarbure et à réduire la consommation de carburant de l'automobile - un dispositif et un procédé du genre décrit qu'on puisse appliquer très aisément dans tout type d'automobile actuellement en service - un dispositif du genre décrit qui ait une structure très simple et un prix de revient modéré. Le demandeur a découvert que le mélange d'air et de carburant vaporisé arrivant d'un carburateur dans un passage d'admission s' écoule au centre de la section du passage, tandis que le carburant encore liquide longe la partie basse du pourtour intérieur du passage. L'air et le carburant vaporisé sont intimement mélangés et il n'est pas souhaitable de leur faire traverser un dispositif vaporisateur, étant donné la résistance opposée à l'écoulement par un tel dispositif. A partir de ces constatations, le demandeur a conçu un procédé et un dispositif de vaporisation qui agissent seulement sur le carburant liquide, sensiblement sans faire obstruction à l'écoulement du mélange d'air et de carburant vaporisé. Au cours d'une expérimentation poussée effectuée à cette fin, le demandeur à songé à l'utilisation de matières poreuses et a opéré de nouveaux essais à l'aide de telle matières. I1 a été prévu d'abord un essai d'absorption à l'aide de barres poreuses carrées d'environ 5 mm de côté et 30 mm de long. Les barres étaient réalisées en plâtre de Paris de manière à avoir toutes des porosités différentes. Toutes ces barres étaient placées debout, verticalement, dans un plateau contenant de l'essence sur une profondeur d'environ 5 mm. On a mesuré le temps mis par l'essence à imbiber chaque barre sur toute sa longueur ; on constate que c'est la barre présentant les pores les plus fins qui s'imbibe le plus vite. On soumet ensuite, individuellement, les barres imbibées d'essence à un essai de dégagement de vapeur en mesurant 1' intensité du dégagement de vapeur d'hydrocarbures obtenu à partir de chaque barre, à l'aide d'un détecteur d'hydrocarbures gazeux situé à une distance donnée de la barre saturée d'essence. On opère ensuite un essai d'inflammation en rapprochant de chaque barre une allumette enflammée et en notant la distance à laquelle se produit l'inflammation. Ces essais de dégagement de vapeur et d'inflammation ont révélé que c'est la barre poreuse im bibée le plus rapidement qui dégage le plus de vapeur d'essence et dont la distance d'inflammation par une allumette est la plus grande. Pour la barre s'imbibant le plus vite, l'inflammation se produit alors que l'allumette enflammée est encore à une distance de quelques millimètres, ce qui prouve l'importance du dégagement de vapeurs d'essence combustibles. Ces essais ont permis de noter que la matière à pores fins exerce un effet capillaire accusé pour absorber rapidement le carburant liquide volatil, le retenir fortement, puis le libérer rapidement sous forme de vapeurs, et qu'une matière à pores assez fins pour qu'un mélange d'air et de carburant vaporisé ne la traverse pratiquement pas s'avère la plus intéressante pour utilisation dans le dispositif selon l'invention. La grosseur de pores la plus indiquée à cette fin est inférieure à 12 wu environ. Le dispositif de vaporisation conçu à partir de ces constatations comprend un organe tubulaire dont la paroi périphérique définit un canal axial le traversant, cette paroi périphérique étant en matière poreuse à grosseur de pores inférieure à 12 P environ. De préférence, l'organe tubulaire est de forme de tronc de cône à petite base disposée en bas. Lorsqu'on monte ce dispositif dans le passage d'admission reliant un carburateur aux chambres de combustion d'un moteur à explosion, son organe poreux empiète sur le passage d'admission, de préférence à partir du pourtour intérieur de ce passage, et ses pores sont assez fins pour interdire sensiblement sa traversée par le mélange d'air et de carburant vaporisé. Quand le mélange arrivant du carburateur contient une fraction de carburant encore liquide et du carburant vaporisé, sa fraction contenant le carburant vaporisé traverse librement, en dérivation, l'organe poreux pour atteindre une zone libre du passage d'admission, non occupée par la matière poreuse, et cette traversée est relativement rapide sous l'effet de la dépression, ce qui établit une différence de pression entre les côtés d'amont et d'aval de 1' organe poreux. Sous l'effet de la pression réduite régnant en aval de l'organe poreux, le carburant liquide, animé d'une vitesse relativement faible, est facilement absorbé dans le côté amont de l'or- gane poreux, pour traverser celui-ci vers son côté aval, ou il est rapidement libéré à l'état de vapeur et se joint alors au courant de mélange, en aval du passage d'admission. Ainsi, seul le carburant liquide présent dans le mélange est absorbé, puis libéré à l'état de vapeur par la matière poreuse, tandis que-la fraction déjà vaporisée du mélange traverse le canal central libre, de sorte que, d'une part, le degré de vaporisation du carburant est améliore et qu'en outre, le mélange s'écoule uniment. Le procédé proposé pour améliorer le degré de vaporisation de carburant volatil arrivant d'un carburateur dans un passage d'admission consiste à établir dans ce passage une différence de pression au moyen d'un organe poreux interceptant partiellement ce passage, à faire pénétrer le carburant liquide contenu dans le mélange qui arrive du carburateur dans cet organe poreux, tandis que la fraction vaporisée du mélange emprunte le canal central dudit passage, non intercepté par l'organe poreux, à vaporiser le carburant liquide qui traverse l'organe poreux et à le libérer à partir de l'organe poreux, du côté aval dudit passage. La matière formant l'organe poreux du dispositif peut être toute espèce de matière ou matériau présentant des pores, par exemple métal fritte, plâtre de Paris, gypse, céramique etc. Toutefois, il faut que les pores de la matière poreuse soient assez fins pour que la fraction vaporisée du mélange ne les traverse sensiblement pas et passe librement dans l'espace non intercepté. Comme noté plus haut,- les essais ont révélé que la grosseur préférée par les pores de la matière poreuse est inférieure à 12 L'idéal est de monter le dispositif dans le passage d'admission reliant le carburateur à laxtubulure-d'admission, ou cette tubulure au bloc-cylindres. On va maintenant décrire en détail, à titre d'exemple, une réalisation préférée de l'invention en se référant aux dessins an nexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon un mode préféré de réalisation de l'invention - la figure 2 est, en élévation, une vue en coupe du même dispositif, monté entre un carburateur et une tubulure d'admission; - la figure 3 est, en élévation, une vue en coupe montrant le même dispositif monté entre la tubulure d'admission et le bloccylindres. Sur la figure 1, on voit une plaque de montage rectangulaire 1, en métal ou analogue, présentant un trou 2 dans chacun de ses coins et uhe ouverture circulaire 3 en son centre. Dans l'ouverture circulaire 3, d'oit il s'étend vers le bas au-dessus de la plaque 1, est fixé un organe poreux tubulaire 4, mince, en forme de tronc de cône à petite base située en bas, dont les pores sont assez fins pour n'être pratiquement pas traversés par la fraction vaporisée du mélange, leur grosseur étant de préf é- rence inférieure à 12 ? L'organe poreux 4 définit et entoure un canal axial 5, dont le diamètre diminue progressivement de haut en bas. De préférence, le diamètre de l'extrémité supérieure du canal 5 est sensiblement égal à celui que présente, au point de montage du dispositif, le passage d'admission reliant le carburateur aux chambres de combustion d'un moteur. La figure 2 représente le dispositif monté entre un carburateur 6 et une tubulure d'admission 7 par des boulons 8 qui traversent les trous 2 de la plaque de montage 1 et des trous de montage ménagés en regard dans le carburateur 6. Le canal axial 5 a, au sommet, sensiblement le même diamètre que le passage 9 du carburateur 6. L'organe tronconique poreux 4 s'étrécit vers le bas dans la tubulure d'admission 7, définissant un étroit espace annulaire péri phérique 10 entre sa face extérieure 11 et la face intérieure 12 du passage d'admission de la tubulure 7. Avec l'agencement représenté sur la figure 2, quand le moteur commence à tourner, du mélange arrive du carburateur 6 dans la tubulure d'admission 7, suivant les flèches A. Le mélange arrivant du carburateur 6 contient une fraction de carburant vaporisé et cette fraction traverse, du fait qu'elle est la plus légère, le canal central du passage d'admission 7 sous l'effet de la dépression, tandis que le carburant encore liquide se dépose, du fait qu'il est le plus lourd, sur le pourtour intérieur du passage d'admission et longe ce pourtour sous l'effet de la dépression à une vitesse relativement faible.Le mélange vaporisé qui traverse le canal central 5, entouré par l'organe poreux 4 du dispositif, suivant les flèches B, engendre une différence de pression entre le côté amont 13 de l'organe poreux 4, où arrive le mélange, et le côté aval 11 de 1' organe 4, situé en face de l'espace annulaire périphérique 10. Sous l'effet de la pression plus faible régnant en aval de l'organe poreux 4, le carburant liquide, aspiré à vitesse relativement faible dans la tubulure d'admission 7 le long du pourtour intérieur du passage d'admission, se trouve absorbé dans l'organe poreux 4, à partir du côte amont de cet organe, suivant les flèches C. Le carburant liquide absorbé se vaporise en traversant l'organe poreux sous l'effet de la pression plus faible et est libéré dans l'espace périphérique 10, à partir de la face extérieure 11 de l'organe poreux, à l'état de vapeur.Le carburant vaporisé libéré dans l'es- pace périphérique 10 s'incorpore intimement au mélange vaporisé aspiré à travers le canal axial 5 du dispositif, puis passe dans les chambres de combustion du moteur. Dans un tel agencement, l'organe poreux 4 présente des pores assez fins pour n'être sensiblement pas traversé par le mélange vaporisé, de sorte que la fraction vaporisée du mélange arrivant dans le côté amont de l'organe poreux franchit en dérivation l'organe poreux en traversant son canal central. Comme illustré par la figure 3, on peut monter le dispositif selon l'invention entre la tubulure d'admission 7 et le bloccylindres 14. On peut aussi poser des dispositifs selon l'invention aux deux endroits, entre le carburateur 6 et la tubulure 7 et entre cette tubulure et le bloc-cylindres 14. Le fonctionnement du dispositif monté entre la tubulure 7 et le bloc-cylindres 14 est identique à celui décrit à propos de la figure 2. Dans le cas de la figure 3, le mélange aspiré à travers le dispositif passe dans une chambre de combustion 15, à travers la culasse 16 et en contournant la soupape 17 du moteur. On a soumis le dispositif du type représente sur la figure 1 à des essais destinés à déterminerles teneurs en CO et HC des gaz d'échappement et la consommation de carburant par distance unitaire. On a effectué les essais sur une Isuku Florian de 1600 cm3 munie et non munie du dispositif. Le dispositif utilisé est du type représenté sur la figure 1 et son organe poreux tronconique 4 est en plâtre de Paristpresente des pores d'une grosseur d'environ 2 lu et a les dimensions approximatives suivantes diamètre maximum 30 mm diamètre minimum 23 mm longueur de paroi 40 mm épaisseur de paroi 1 mm. Pour les essais, on pose des détecteurs de CO et de HC gazeux dans la voiture et, devant le conducteur, des compteurs-indicateurs affichant les teneurs instantanées en chaque gaz des gaz d'échappement, aux divers régimes de fonctionnement. Les chiffres ainsi affichés ne sont que des valeurs relatives et non des teneurs en pourcentages ou en grammes/km. On pose aussi un compteur-indicateur de consommation de carburant instantanée qui, lui, est étalonné avec précision pour afficher le nombre de kilomètres parcourus par litre de carburant. Résultats d'essais Chiffres affichés par les compteurs indicateurs Sans le Avec le dispositif dispositif Emission de CO Au ralenti 3 3 en marche à 40 km/h 10 4 à 5 Emission de HC au ralenti 3 3 en accélération 10* 6 en marche à 40 km/h 9 4 à 5 Nombre de kilometres/l (en conduite urbaine) 7 à 8 10 a 11 Dans le tableau ci-dessus, la mention "10" indique que le compteur-indicateur est- bloqué au delà du maximum de sa graduation. Le chiffre affiché pourrait être de l'ordre de 15 ou plus si la graduation était plus étendue. Comme le montre le tableau, les émissions de CO et HC sont inchangées quand le moteur est au ralenti, mais sont fortement réduites en régime de marche. La distance parcourue par litre d'essence est remarquablement accrue. I1 apparait aussi une nette augmentation de la puissance du moteur ; on ne dispose malheureusement pas d'instrument pour la mesurer, mais elle se manifeste le plus nettement, en marche, par de meilleures accélérations et plus de facilité à gravir de fortes pentes. Ainsi qu'il ressort de l'exposé ci-dessus et des résultats d' essais, dans le dispositif selon l'invention, une fraction de carburant liquide véhiculée par le mélange est vaporisée à travers la matière poreuse et s'incorpore intimement au reste du mélange, de sorte que le mélange arrivant dans la chambre de combustion du moteur brûle presque complètement, que les teneurs en CO et HC des gaz d'échappement sont remarquablement:éduites et qu'une automobile munie du dispositif parcourt une plus grande distance par volume unitaire de carburant. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent, sans sortir pour autant du cadre de l'invention, à diverses modifications, portant notamment sur la forme et sur les dimensions du dispositif, qu'on peut faire varier selon la forme et les dimensions du passage d'admission reliant le carburateur aux chambres de combustion et selon la capacité et les performances du moteur. On notera aussi que le dispositif peut avoir une forme quelconque : disque, portion de disque, plaque carre ou rectangulaire etc. en la matière poreuse, être interposé sur le trajet du mélange dans le passage d'admission reliant le carburateur aux chambres de combustion de manière à engendrer une différence de pression entre ses côtés d'amont et d'aval et empiéter partiellement sur le passage d'admission ou être assez petit pour laisser passer librement la majeure partie du mélange. REVENDICATIONS 1. Dispositif vaporisateur à poser dans le passage d'admission reliant un carburateur aux chambres de combustion d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un organe tubulaire dont la paroi périphérique définit un canal axial libre traversant le dispositif, cette paroi périphérique étant en matière poreuse à pores de grosseur inférieure à 12 . 2. Dispositif vaporisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe tubulaire est en forme de tronc de cône à petite base disposée en bas et en ce que sa paroi périphérique définit un canal axial libre plus large au sommet qu'à la base. 3. Dispositif vaporisateur associé au passage d'admission reliant un carburateur à des chambres de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un organe poreux qui empiète sur l'intérieur dudit passage d'admission pour engendrer une différence de pression entre son côté amont et son côté aval, cet organe poreux pré- sentant des pores assez fins pour que le mélange d'air et de combustible vaporisé ne puisse sensiblement pas le traverser. 4. Dispositif vaporisateur combiné avec un passage d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit organe poreux empiète partiellement sur l'intérieur dudit passage à partir du pourtour de ce dernier pour ménager un large canal au centre du passage. 5. Dispositif vaporisateur combiné avec un passage d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit organe poreux s'étend axialement vers le bas avec une légère inclinaison vers 1' intérieur dans le passage d'admission, à partir du pourtour intérieur de ce passage, un espace étroit étant ménagé entre la face extérieure de l'organe poreux et la face intérieure du passage d' admission. 6. Dispositif vaporisateur combiné avec un passage d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe poreux est tubulaire et tronconique, son extrémité supérieure, qui est la plus large, ayant un diamètre sensiblement égal à celui du passage d' admission dans lequel est monté le dispositif. 7. Dispositif vaporisateur combiné avec un passage d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pores de 1' organe poreux ont une grosseur inférieure à 12 8. Dispositif vaporisateur combiné avec un passage d'admission selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe poreux est en métal fritté à pores de grosseur inférieure à 12 p. 9. Dispositif vaporisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de montage traversée par une ouverture à laquelle est relié ledit organe tubulaire. 10. Procédé destiné à améliorer le degré de vaporisation de carburant volatil arrivant d'un carburateur dans un passage d'admission, caractérisé en ce qu'on fait engendrer une différence de pression dans ledit passage par un organe poreux empiétant partiellement sur l'intérieur de ce passage, on fait passer du carburant liquide, présent dans le mélange arrivant dudit carburanteur dans 1' organe poreux en faisant passer la fraction vaporisée du mélange dans le canal libre, non intercepté par l'organe poreux, dudit passage, on vaporise le carburant liquide à travers l'organe poreux et on libère le carburant ainsi vaporisé, à partir de l'organe poreux, du côté aval dudit passage.