Brevet FR2469570A1 — publié le 19810522

L'invention a pour objet un dispositif de carburation pour moteur à combustion interne comportant un double système de régulation automatique du mélange carburant/comburant (air) alimentant un moteur à combustion interne. On sait que les carburateurs existant actuellement sont, dans la plupart des cas, constitués par une tubulure d'air avec venturi (buse) et papillon de réglage, auxquels s'ajoutent, pour faire face aux diverses conditions de fonctionnement du véhicule, les organes complémentaires d'admission de carburant ci-après - une cuve à niveau constant de carburant liquide constituant une réserve minimum, - un gicleur général calibré limitant la consommation de combustible en fonction de la puissance maximum du véhicule, - un système de giclage principal pulvérisant le carburant appelé par l'air, aspiré par le moteur, et fonctionnant, en général, de 1750 + 250 tours/mn à la rotation maximum prévue pour le moteur, - un circuit de ralenti, avec un gicleur de ralenti, alimentant le moteur de 0 à 2 000 + 250 tours/mn environ et plus haut, c 'est-à-dire dans les bas régimes, - une pompe de reprise injectant un petit volume d'essence au moment des brusques ouvertures du papillon d'accélération, ceci en période transitoire pour combler le retard pris par le système de giclage principal pour atteindre le nouveau régime, - un système d'enrichissement temporaire du mélange pour le départ à froid, - un ensemble d'organes nécessaire à la progression et servant également au réglage du mélange au ralenti (vis de richesse, trous de progression, vis de volume d'air, vis de calage du papillon à la fermeture, etc...), tous ces organes ont été développés successivement, au fur et à mesure des exigences de plus en plus poussées, des moteurs modernes. Le groupage de tous ces éléments en un bloc,avec transmission des variations de la commande du véhicule par systèmes de bielles et par mouvements mécaniques amène les carburateurs actuels à être de plus en plus compliqués et de plus en plus chers. Ce sont les développements successifs de l'automobile qui ont laisse s'accumuler les uns après les autres, des organes de plus en plus complexes, au fur et à mesure de l'apparition de nouvelles fonctions à remplir. Toutefois, il est à noter que, mis à part le système d'alimentation du niveau de cuve par un pointeau et un flotteur1 aucune méthode de régulation automatique n'a jamais été mise en oeuvre en tant que telle, bien que le carburateur ait l'obligation de doser automatiquement à tous les régimes l'air et le carburant. La présente invention reconsidère le problème global de la fabrication du mélange combustible, quantitativement et qualitativement , par un double système de régulation pneumatique. La source d'énergie auxiliaire, nécessaire à toute régulation pneumatique, est la dépression engendrée par la rotation du moteur lui-même. L'introduction de la régulation en carburation permet d'en exploiter tous les avantages, bien connus dans l'industrie - modulation des débits proportionnellement les uns aux autres, d'où meilleure combustion et économie d'énergie, - adaptation rigoureuse des coefficients de transfert et des temps de réponse du système de contrôle aux fonctions transfert issues du processus contrôlé, ici le véhicule, - simplicité de construction due à la réduction considérable du nombre d'organes constituant l'ensemble par rapport au carburateur traditionnel existant. Le dispositif à double système de régulation automatique en cascade selon l'invention comprend six éléments principaux - une tubulure d'air de diamètre ajusté en fonction de la cylindrée du véhicule, - un organe de commande quelconque, papillon, vanne à clapets, de préférence une vanne à boisseau sphérique, - un tube de venturi engendrant une dépression variable suivant le régime du moteur, -une cuve à niveau constant statique sans flotteur, fonctionnant par débordement, - un régulateur du mélange air/carburant à bas régime du ralenti à 1750 + 250 tours/mn environ - un régulateur du melange analogue au précédent fonctionnant à environ 1500 + 100 tours/mn au maximum du régime du moteur. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'ensemble illustrant le dispositif de carburation selon l'invention. La figure 2 est une coupe agrandie selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue de face de la vanne de régulation, à obturateur sphérique. Le dispositif selon l'invention, montré par ces figures, comporte d'une part, un corps tubulaire 1 d'alimentation ouvert à sa partie supérieure et reliée aux cylindres du moteur par sa partie inférieure et, d'autre part, une cuve à niveau constant 2 pourvue d'un carter 3. Dans le carter 3 est prévu un compartiment 4, limité par une paroi cylindrique 5 et un fond 6 . Dans la paroi 5 débouche, par un orifice 7, un conduit 8 relié au refoulement de la pompe à carburant (non représentée). Le fond 6 est traversé par un forage horizontal 9 dont l'ex trémité externe est obturée par un bouchon 10 et dont l'autre extrémité 11 débouche dans un intervalle annulaire 12 ménagé entre une paroi cylindrique externe 13 et une paroi cylindrique interne 14 d'une cuve 15 à fond horizontal 16. Une grille ou tamis 17 affleurant la tranche circulaire supérieure 18 de la paroi cylindrique interne 14 couvre par sa partie externe 19 le compartiment annulaire 12 de la cuve 15 et par sa partie centrale 20 le compartiment interne 21 de ladite cuve. Une tubulure verticale 22, de large diamètre, traversant le fond 16 débouche dans le compartiment central 21 et son autre extrémité est reliée au côté admission de la pompe à carburant (non représentée). Le forage 9 est en relation avec l'intérieur du compartiment 4 par une lumière 23 ; la section opératoire de celle-ci est contrôlée par un bouchon. à passage 24 dont le corps tubulaire 25 met en relation l'intérieur du compartiment 4 avec le forage 9 par l'intermédiaire de lumières calibrées 26 traversant ledit corps. Le bouchon 24 présente une tête 27 pour faciliter son montage et son démontage. Le compartiment 4 et les compartiments 12 et 21 sont surmontés par un bloc de couvercle 41 reposant sur la partie supérieure de la paroi cylindrique 28 limitant le compartiment 4 avec interposition d'un joint d'étanchéité 29. La partie 30 du bloc de couvercle 28 surplombant le compartiment 4 présente un forage 31 ménageant un siège 32 pour une soupape 33 dont la tige 34 est entourée par un ressort 35 prenant appui d'une part sur la soupape 33 et d'autre part sur la face inférieure 36 d'un bouchon 37 dont un forage borgne 38 assure le guidage de la. tige 34. Le forage 31 débouche dans un canal 39 ménagé à l'intérieur du couvercle 28 et qui comprend une branche horizontale 40 se raccordant au forage 31 et une branche verticale 41 débouchant sur la face inférieure 42 du couvercle 28 à l'aplomb du compartiment 21. Pendant le fonctionnement du moteur, cette disposition assure la limitation de la pression de carburant arrivant par l'orifice 7 et passant par les lumières calibrées 26 pour alimenter le niveau constant de carburant contenu dans le compartiment annulaire 12, canne décrit ci-après. Le carburant parvenant du compartiment 4 par l'orifice 8 parvient, à un débit contrôlé par le calibrage 26 , choisi en fonction des caractéristiques du moteur que doit équiper le carburateur, dans le compartiment annulaire 12 à partir duquel il déborde, en franchissant le barrage que constitue la paroi cylindrique 14, dans la chambre 21. En cas de surpression du carburant parvenant dans le compartiment 4, due au régime pulsatoire de la pompe, la soupapè-33 est soulevée et le carburant en excès parvient par le conduit 40 dans le compartiment 21 d'évacuation par la tubulure 22 vers le côté admission de la pompe en même temps que le carburant qui a franchi la tranche de débordement 18. La cuve 15 est ainsi une cuve à niveau constant sans flotteur, la constance du niveau étant obtenue malgré les régimes de refoulement de la pompe très différents les uns des autres en fonction de la vitesse du moteur. Dans le carter 3, sont prévus deux logements opposés 43 et 44 en communication avec l'espace annulaire 12 de la cuve à niveau constant par un conduit 45, percé au-dessous du niveau de débordement 18. Dans chacun desdits logements 43 et 44 est monté un autorégulateur 46 ou 47 respectivement, de structure identique mais de réglages différents (notamment la force des ressorts qu'ils comportent peut être différente). Chacun des autorégulateurs 46 ou 47 , qui est avantageusement du type décrit dans le brevet français N078 13853 du 10 mai 1978 et dans la demande de premier certificat d'addition N079 05639 du 5 mars 1979,comporte un corps métallique 50 usiné avec précision. Ce corps 50 comporte un cylindre 51 pour le piston moteur 52, une chambre servant de logement à un ressort 53 de façon à éviter les frottements de celui-ci sur le corps 50, une partie de guidage 54 de la tige 55 reliant le piston moteur 52 à la soupape 56, un siège de soupape 57 servant au contrôle du débit de combustible au ralenti, le siège pouvant être muni de rainures circulaires ou hélicoldales 58, constituant un générateur de turbulence au passage des veines liquides, et une extrémité usinée 59 permettant l'emmanchement avec blocage d'une tête de gicleur 60 , dont les dimensions et la forme correspondent à celles du gicleur standard pour le carburateur considéré. Entre le cylindre 51 et la chambre de la tête de gicleur, la tige 55 traverse le corps 50 par un alésage 61. Cette tête de gicleur 10 est également usinée avec précision et comporte un alésage calibré 62 pour l'entrée du combustible à partir du conduit 45 et plusieurs trous latéraux 63 pour l'entrée d'air primaire et la sortie du mélange air/combustible vers les cylindres du moteur. Les deux trous latéraux de l'autorégulateur 46 sont en communication, l'un avec un conduit 64 d'entrée d'air primaire, l'autre avec un conduit 65 de sortie du mélange air/combustible. De même, les deux trous latéraux 63 de l'autorégulateur 47 sont en communication, l'un avec un conduit 66 d'entrée d'air primaire, l'autre avec un conduit 67 de sortie du mélange air/combustible. Sur la figure 1, les conduits 64, 66 et 65, 67 sont respectivement superposés, mais bien entendu, ils sont distincts. La tête de gicleur 60 comporte une chemise 68 pour constituer un cylindre, qui avec la soupape 56 forme un amortisseur à fuite. L'usinage de toutes ces pièces principales doit être effectué avec une précision rigoureuse, sans jeu dur ni frottements anormaux. L'ensemble doit constituer une mécanique de très haute précision. A son extrémité opposée à la tête de gicleur 60, le corps 50 est obturé par un bouchon 69. Ce bouchon peut soit être simplement ouvert à l'atmosphère par les trous 70, soit être muni d'un raccord non représenté pour être relié en amont du carburateur sur le circuit d'air après le filtre à air. Le piston moteur 52 est fixé, par exemple, par soudure ou par collage à l'extrémité 71 de l'équipage mobile 55-56 Dans l'autorégulateur 46, le réglage et cet équipage est assuré par une vis 72, de préférence à pas micrométrique, afin de ménager une légère ouverture ajustable entre la soupape 56 et son siège 58. Cette ouverture est destinée à assurer la fuite minimum de combustible indispensable au maintien de l'amorçage du circuit (par exemple en cas de décélération frein moteur ou de démarrage). La tige 55 peut être protégée par un revêtement de métal précieux, destiné à en assurer la propreté permanente sans encrassement ni altérations préjudiciables à son mouvement en présence d'hydrocarbure. L'équipage mobile assure la mise en turbulence du combustible de façon tourbillonnaire, afin que son mélange avec l'air primaire arrivant par les trous 63 ait lieu autour de la tige 55. En effet, l'air d'atomisation provenant des trous 70 et entrant dans le logement 73 par des trous 74 prévus dans le piston moteur 52 rencontre les spires du ressort 53 et est soumis à un couple de rotation tourbillonnaire, le long de la tige 55. Ce mouvement tourbillonnaire de l'air est favorable au bon fonctionnement du dispositif et de ce fait il est nécessaire que l'équipage mobile soit libre de se mouvoir dans le sens parallèle à l'axe mais bloqué dans le sens de rotation, car soumis au couple de réaction de l'air sur le ressort il risque de tourner sur lui-même comme une petite turbine. Or, outre les risques d'usure, l'énergie utilisée à la rotation de l'équipage, s'il peut tourner, est une énergie perdue pour le propre mouvement de tourbillon de l'air d'atomisation dont l'effet serait alors réduit. Le blocage de l'équipage contre la rotation peut être assuré par la position du ressort 53 dans l'embase 75 prévue dans le corps 50 du dispositif. La cuve à niveau constant 2 alimente donc les deux autorégulateurs 46 et 47 par l'intermédiaire du conduit 45. L'autorégulateur 46 est celui qui assure l'alimentation en mélange air/carburant, à bas régime ; il est alimenté en air d'entrainement servant au mélange par l'arrivée tubulaire 64 reliée à une prise d'air 76 et le mélange air/carburant est amené à un embout 77 relié à la sortie 65. De même, l'autorégulateur 47 est celui qui assure l'alimentation en mélange de 1500 + 100 tours au maximum du régime ; il est alimenté en air de mélange par l'arrivée tubulaire 66 reliée à une prise d'air 78 et le mélange air/carburant est amené à un embout 79 relié à la sortie 67. Les deux autorégulateurs 46 et 47 sont montés coaxiaux, de part et d'autre du bloc 3 que constitue la cuve à niveau constant. Ce bloc est usiné de la façon convenable pour permettre le serrage des têtes de gicleur des deux autorégulateurs dans le logement pour leur alimentation en essence, sans fuite. Le corps tubulaire 1 du dispositif est calibré en fonction de la cylindrée du moteur ; il comporte successivement dans l'ordre de circulationde l'air appelé par le moteur : la chambre annulaire 79, d'où sortent les deux départs tubulaires 76 et 78 alimentant en air d'entraînement les autorégulateurs 46 et 47 par raccordement aux tubulures 64 et 66. A la suite de la chambre annulaire 79 un venturi 80, en forme de tuyère, comportant un convergent profilé 81 et un divergent -conique 82 est emmanché dans le tube prolongeant la chambre annulaire 79 de façon que des trous 83 et 84 débouchant au col du venturi soient placés en regard des tubulures 77 et 79 qui reçoivent le mélange air/carburant élaboré par les autorégulateurs 46 et 47 et sortant par les tubulures 65 et 67. Les deux pièces principales du dispositif peuvent être montées séparément ou accolés l'une sur l'autre. L'arrivée du mélange au col du venturi, est assurée , par des tubulures flexibles placées entre les deux pièces principales constituant le dispositif. Ces tubulures flexibles sont aussi courtes que nécessaire pour conserver l'état du mélange sous forme homogène jusqu'à son arrivée au col du venturi. En aval du divergent conique 82 du venturi 80 est placé un organe de commande 83. Cet organe de commande est représenté sur les figures 1 et 3 sous la forme d'une vanne de régulation à boisseau sphérique 84. La vanne 83 comporte un siège 85 en matière relativement élastique sur lequel la boule sphérique constituant le boisseau peut s'appuyer sans gêner sa rotation. Celle-ci a lieu autour d'un axe 86 et est assurée par une commande d'embiellage d'accélérateur normale comme sur tous les véhicules existants. L'angle total de rotation de la boule 84 est de l'ordre de 100 à 1200. La boule est creuse et évidée d'un quartier 87, d'environ 1200 de dièdre. Elle est, de plus, entaillée de part et d'autre de son plan de symétrie perpendiculaire à l'axe par une découpe 88 en forme de goutte de liquide. La figure 3 montre la découpe 88 du boisseau sphérique 84, la position du siège 85 et la section de passage découverte par la rotation de la boule en 89. De sa pointe avant à sa pointe arrière, la découpe 88 permet ainsi d'obtenir une variation de la section de passage compatible avec la loi de progression souhaitée pour le véhicule. Le profil de la découpe est variable suivant la cylindrée du véhicule, comme le diamètre du tube calibré 79. Le montage du système de commande à boisseau sphérique est assuré par la fixation d'une bague 90 chargée de maintenir en appui le siège 85 sur le boisseau sphérique. Une variante de réalisation de l'organe de commande peut être un clapet cylindrique à lumière guidé dans une cage et découvrant des entailles sur la face du cylindre reproduisant en débit la même loi d'écoulement que celle assurée par le profil de la découpe 88 pratiquée sur le boisseau sphérique. L'organe de commande serait alors un mouvement à déplacement rectiligne longitudinal dans le sens vertical au lieu de rotation et le système de commande, à partir de l'accélérateur étudié en conséquence Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Lors du démarrage du moteur au ralenti, de l'air est aspiré par le circuit de ralenti à travers le tube l et se propage par les trajets 76-64-63 et 78-66-63 (air primaire) ce qui produit une légère dépression dans les autorégulateurs 46 et 47, à la fois sous la masselotte constituant le piston 52 et dans la tête de gicleur 60. Cependant, seul l'autorégulateur 46 est réglé pour la marche au ralenti et il est le seul à aspirer du carburant à travers son alésage calibré 62, l'équipage mobile de l'autorégulateur 47 restant fixe. Le piston moteur 52 de l'autorégulateur 46 tend à se déplacer vers le fond du cylindre 51 et appuie sur le ressort 33 qui l'équilibre de telle sorte que la soupape 56 est maintenue en position à peine décollée de son siège 54, et, dans cette position, le carburant passant entre la tête de gicleur 60 et le piston amortisseur rencontre l'air arrivant en 64 pour s'y mélanger. Ce mélange s'effectue de façon tourbillonnaire autour de la tige 55 grâce à l'effet de l'air d'atomisation qui le disperse de façon centrifuge en arrivant par les trous 74. Lorsque la vitesse du moteur augmente, la dépression sous le piston moteur 52 augmente et celui-ci comprime plus encore le ressort 53. L'ensemble de l'équipage de l'autorégulateur 46 avance vers la tête de gicleur 60, ouvrant progressivement le passage par la soupape, tandis que l'aiguille de celle-ci s'enfonce dans l'alésage 62 pour réduire en un second temps l'admission du carburant. Lorsque la vitesse du moteur augmente, l'autorégulateur 47 entre en action, les deux plages de fonctionnement des régulateurs 46 et 47 se recouvrant. Lorsqu' au contraire, la vitesse du moteur diminue, la dépression sous les pistons moteurs 52 diminue de sorte que les ressorts 53 en se détendant poussent les pistons moteurs 52 pour fermer le passage des soupapes sur leur siège 7, l'autorégulateur 47 s'obturant en premier; le carburant ne passe plus alors dans le dispositif 46 que par une fuite constante ménagée entre une soupape et son siège 7, fuite minimum indispensable au maintien de l'amorçage du circuit de ralenti. Cette fuite est obtenue par réglage de la vis 72 du régulateur 46. Ces mouvements des équipages à l'accélération et à la décélération s'effectuent de toute façon sans oscillations grâce à la fonction d'amortissement remplie par le piston amortisseur 56 autour duquel le carburant doit passer, laminé entre le piston 56 et le cylindre intérieur 68 de la tête de gicleur 60. On voit donc que selon l'invention, on obtient un dispositif de carburation qui, à l'inverse des carburateurs connus, ne comporte pas de gicleur calibré sauf les têtes de gicleur des autorégulateurs, pas de papillon d'accélération, pas de vis de richesse, pas de trous de progression, pas de vis de volume d'air, pas de tube de giclage, ni diffuseur, pas de pompe de repise, pas de système d'enrichissement pour départ à froid. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de carburation automatique pour la réalisation d'un mélange air/carburant liquide, caractérisé en ce qu'il comprend dans des logements raccordés à la tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne - un premier autorégulateur du débit de mélange, et de ses qualités, à savoir finesse de l'atomisation du carburant et proportion comburant'carburant, assurant l'alimentation automatique quelle que soit la-charge demandée dans les régimes moteur allant de l'arrêt à 1750 t/mn + 250 t/mn environ, - un deuxième autorégulateur de réalisation analogue et de fonctions identiques pour les régimes moteur allant d'environ 1500 t/mn + 100 t/mn au maximum, - ces deux autorégulateurs étant pneumatiques et utilisant la dépression engendrée par le moteur comme source d'énergie de manoeuvre, - ces deux autorégulateurs étant alimentés en carburant par une cuve à niveau constant, - ces deux autorégulateurs déversant le mélange qu'ils commandent au col d'un venturi (ou buse) calibré en fonction de la cylindrée du moteur à alimenter, venturi placé dans un corps tubulaire raccordé à la tubulure d'admission en amont d'un organe de commande des gaz, - et un organe de commande des gaz manoeuvré par l'accélérateur placé dans le corps tubulaire cylindrique entre le venturi et la tubulure d'admission. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve à niveau constant est du type à débordement, sans flotteur, ni pointeau et sans organe mécanique en mouvement. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande des gaz est constitué par une vanne à obturateur sphérique entaillé d'un passage de profilé de façon à respecter la loi d'ouverture pour l'admission des gaz compatible avec la progressivité nécessaire à la souplesse et à la nervosité du véhicule. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande des gaz est constitué par un clapet cylindrique à mouvement longitudinal coopérant avec un siège de guidage permettant une fermeture étanche, clapet cylindrique entaillé de façon profilée destinée à respecter la même loi d'ouverture. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux autorégulateurs de débit de mélange sont vissés sur la paroi latérale extérieure de la cuve à niveau constant, au-dessous de ce niveau, de façon à recevoir l'alimentation de celle-ci par leurs têtes de gicleurs à orifices calibrés en fonction de la cylindrée du moteur. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les autorégulateurs de débit de mélange sont alimentés en air d'entraînement par des tubes souples reliés en dérivation sur le corps cylindrique en amont du venturi. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties des autorégulateurs de debit de mélange sont raccordées pour l'alimentation du moteur avec le mélange à travers l'organe de commande par des tubes souples au col du venturi placé dans le corps cylindrique.