Brevet FR2486147A1 — publié le 19820108

ANTIPOLLUEUR ECONOMISEUR POUR MOTEUR A EXPLOSION La présente invention concerne un antipollueur économiseur de carburant pour moteur à essence ou à autres carburants. Les procédés connus à l'heure actuelle concernent les gazeificateurs de carburants lourds, naphte, fuel-oil, gaz-oil, voire l'essence, et empruntent directement les gaz d'échappement, pour gazéifier le carburant des moteurs sur lesquels ces procédés sont susceptibles autres installés. Leurs volumes, leurs poids pressentis, leur coft de renient à l'industria- lisation, rend tous ces procédés difficiles à réaliser et chers, pour envisager leur installation sur les moteurs à essence modernes. De plus il ne permettent pas de réaliser simplement et à tous les degrés de chauffe "indispensables", la gazéification contrôlée d'une masse fluidique d'admission (comburant + carburant) suffisante pour le bon fonctionnement des moteurs à essence non polluants. Le procédé suivant la présente invention permet d'éviter ces inconvénients, en rendant possible à l'installation, le choix de la meilleure température des gaz d'admission. Pour ce faire, la présente invention a pour objet un dispositif antipollueur et économiseur adaptable mécaniquement à un moteur à explosion, fonctionnant à partir d'une émulsion comburant-carburant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tube de transfert de chaleur (4) pour transférer vers une enceinte thermique (2) la chaleur collectée par la mise en contact de l'une de ses extrémités sur la pipe d'échappement (7) du moteur à explosion, l'enceinte thermique chauffant le mélange provenant d'une enceinte (1) de détente de l'é- mulsion issue du carburateur et une enceinte (3) de stabilisation et d'homo- généisation du mélange chauffé dans l'enceinte thermique, en communication directe avec l'admission du moteur. Suivant un mode de réalisation, l'autre extrémité du tube de transfert de chaleur débouche dans l'enceinte thermique. Suivant un autre rode de réalisatidn, le tube de transfert de chaleur est en contact ou noyé dans la paroi de l'enceinte thermique, celle-ci présente une forme apte à dorner au mélange un écoulement laminaire le long des parois de cette enceinte. L'invention a également pour objet un dispositif tel que décrit plus haut, dans lequel l'enceinte (3) de stabilisation et d'homogénéisation du mélange chauffé est adjacente à l'enceinte (1) de de'tente de émulsion provenant du carburateur. iDn variante, l'enceinte (3) de stabilisation et d'homogénéisation peu > - Outre confondue avec les pipes d'admission du moteur. Enfin, le dispositif selon l'invention peut comporter en outre un moyen de préchauffage (o) du tube e transfert de chaleur. Ce choix est effectué par le réglage de la surface de contact entre l'une des extrémités du tube de transfert de chaleur et de la pipe d'échappement du moteur fonctionnant à l'essence. Chaque moteur équipé de ce procédé, fonctionne avec un rendement maximum qui lui est propre. L'antipollueur économiseur pour moteur à essence, dont le principe de fonctionnement est identique pour tous les moteurs (à essence) est de conception simple et robuste. Son installation sur moteurs à essence, ne nécessite qu'une main d'oeuvre élémentaire, au stade du ler degré d'intervention. Ce procédé est composé de pièces statiques. il présente une haute résis- tance à l'usure, et des aptitudes exceptionnelles pour son fonctionnement en endurance. Sa fiabilité est au moins égale à celle du moteur à essence sur lequel il est installé. Pendant le fonctionnement du moteur à explosion équipé de ce procédé, le mélange provenant du carburateur est transformé en gaz chaud, dans une enceinte thermique, avant son admission dans les cylindres. Ce gaz présente des caractéristiques thermiques et polynucléaires trés favorables, pour améliorer très sensiblement le rendement du dit moteur fonctionnant à l'essence. Fonction pöllution - I1 permet d'obtenir une masse fluidique résiduelle de non brûlés à l'échappement très réduite. C'est à dire, ne contenant plus ou presque d'oxyde de carbone (Co). Les valeurs qui pourront autre enregistrées, au cours de la détection des polluants, seront très au dessous des valeurs tolérées par les normes nationales et internationales actuellement en vigueur. C'est à dire très nettement infé rieurs à 1 g à 750 t/m. Fonction économiseur Ce procédé permet de préparer et de favoriser l'inflammation totale ou presque de la masse fluidique (à l'état de gaz chaud) introduite dans les cylindres. Pour y parvenir il modifie la masse fluidique à l'admission en la dilatant suffisamment pour que le volume de carburant admis dans les cylindres, demeure inférieur à celui constaté sur le ne moteur, non équipé du procédé suivant la présente invention. De plus outre variat-on de la température à l'échappement est suivie d'une variation de température à la source d'admission. De tcut ceci il résulte, - une diminution treks sensible de la quantité de carburant consommé. L'écomemie ainsi réalisée peut atteindre, suivant la variante du procédé retenue, 10 % à plus de 15 ,-, par rapport à la consommation qui pourra être mesurée sur les têtes moteurs, non équipés de l'antipollueur économiseur. I1 est également constaté une augmentation de la nervosité du moteur équipé de ce procédé. Ces améliorations résultent a) D'un meilleur apport d'entropie, lié à un meilleur transfert des misses fluidiques : - qualité du mélange AIR + ChRBIBUdi? - volume - températures de la source d'admission et de l'échappement étroitement liées dans leurs évolutions au cours du fonctionnement du moteur à divers régimes. - vitesse b) Une meilleure production d'entropie au cours de l'évolution de la défla- gration dans les cylindres. c) Une adaptation optimale des températures de fonctionnement, pour chaque teur à essence, équipé du procédé suivant la présente invention. Ces températures, évolutives mais bien maîtrisées au cours des évolutions, permettent d'obtenir un meilleur rendement pendant le fonctionnement des dits moteurs à essence. t'antipollueur économiseur selon la présente invention est composé de deux parties principales : Un tube à chaleur étudié et réalisé spécialement pour la présente inven tion. I1 permet le transfert vers la pipe d'admission de l'énergie calorifique récupérée sur la pipe d'échappement du moiteur. Cela sans modification importante de cette derniere. Une extrémité de ce tube peut simplement autre fixée sur la pipe d'échappement, à l'aide de deux colliers de serrage. D'autres variantes d'adaptation du tube à chaleur sont permises par le moteur lui mime. La quantité de chaleur à transférer vers le procédé suivant la présente invention, provient de l'échappement du moteur ou du moteur lui même. Un antipollueur économiseur, suivant les diverses versions représentées par les schémas annexés à la présente demande de Brevet d'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ressortiront de la descripticn qui va suivre. Ces caractéristiques données à titre d'exemple ne sont pas limitatives. les Fir. 1 : représentent deux vues en coupes d'élévation et vue de sessus ainsi 2 et 3 qu'une vue de la pipe d'échappement recevant une extrémité du tube à transfert de chaleur de l'appareil suivant la présente invention (variante 1) tes Fig. 4 représentent deux vues en coupes d'élévation et vue de dessus ainsi 5 et 6 qu'une vue d'ensemble comprenant l'enceinte thermique à écoulement laminaire, et les tubes à chaleur serrés par deux colliers sur la pipe d'échappement. Les Fig. 7 et 8 : Représentent une vue de dessus et on coupe de l'appareil suivant la présente invention (variante 3). L'Antipollueur conosiseur de la variante 1 est composé des deux parties décrites aux paragraphes précédents et comprend quatre éléments principaux décrits ci-après - une enceinte d'émulsion (1) - une enceinte thermodynamique (2) (pour l'une des variantes cette en ceinte se compose d'un venturi à écoulement laminaire) - une enceinte ce stabilisation de la masse fluidique à l'admission (3) - un tube de transfert de puissance thermique (4) Le procédé des figures 1 et 2 est fixé sur le moteur (6) à l'aide de la bride (5). Le tube à chaleur (4) de longueur variable comporte deux extrémités. L'unie de ces extrémités est fie axialement dans l'enceinte thermique (2), l'autre extrémité est fesse à l'aide du tube (8), sur la pipe d'échappement (7) du moteur (6). En l'absence du tube (8), cette extrémité du tube à chaleur peut- être fixée sur cette même pipe d'échappement, par deux simples colliers de serrage. La longueur de l'extrémité du tube à chaleur introduite dans le cylindre (8) détermine la surface d'échange calorifique, donc la quantité de chaleur transférée dans l'enceinte thermique (2). Une nouvelle pipe d'échappement incluant le tube (8) peut-etre réalisée. Sa conception résultera de la version de l'antipollueur économiseur retenue. Las ries des enceintes (1), (2) et (3) sont liés fonctionnellement entre eux. pendant la phase aspiration d'un cylindre du moteur à essence - le mélange carburant + comburant provenant du carburateur est introduit dans l'onceinte (1) puis dans l'enceinte (2) où il est élevé à une température supérieure à 500 C. Fendant son séjour dans l'enceinte thermique (2), le mélange est transformé en gaz chaud. la la ie ce de l'enceinte (2) le mélange gazeux est chaud se trouve dilaté avant son introduction dans l'enceinte (3). L'enceinte (3), d'un volume légérement inférieur de celui de l'enceinte (-2), est séparée de l'enceinte (1) par une simple paroi destinée à permettre l'échange thermique entre ces deux enceintes. De ce fait les gaz chauds parvenantsdans l'enceinte (3) sont refroidis au contact de la paroi de l'enceinte (1). - un léger refroidissement des gaz chauds avant leur admission dans les cylindres est nécessaire, pour deux raisons 1 pour un meilleur remplissage des cylindres en quantité suffisante de mélange riche. 2 pour obvenir une température optimale des gaz d'admission. Cette température est asservie par l'évolution de la température des gaz d'échappement. Cette amélioration est produite par la contre réaction thermique apportée par le tube à chaleur. D'où un meilleur rendement pondant le fonctionnement du moteur à essence. L'enceinte (3) permet de recevoir des additifs gazeux ; ceux provenant du reniflar par exemple. Les autres fonctions remplies par la pipe d'admission d'origine sont maintenues. Sauf pour la circulatipn d'eau qui devient facultative. Le procédé décrit ci-dessus peut-8tre réalisé suivant d'autres variantes. Les caractéristiques du moteur (cylindrée, nombre de tours/minute etc. ...), ainsi que l'adaptation mécanique des pipes d'échappement et d'admission, déterminent le choix de la variante du procédé suivant la présente invention. I1 s'adaptera au mieux pour le but fixé. C'est à dire, réduction de la pollution et réduction de la consommation de carburants. Les caractéristiques d'un moyen de pré chauffage (9) sont obtenues à partir du chauffage du tube à transfert de chaleur par un moyen électrique alimenté à partir de la batterie. Ce dispositif mis sous tension pendant un temps très court permet de réchauffer artificiellement, l'enceinte thermodynamique (2) avant le démarrage du moteur. Ce qui permet un bon démarrage par temps très froid et dans des conditions d'hygrométrie de l'Air très défavorables. Plusieurs versions de ce dispositif sont réalisables. L'antipollueur économiseur suivant la présente invention est conçu pour pouvoir être adapté sur tous les moteurs fonctionnant à l'essence. Seules les adaptations et fixations mécaniques seront spécifiques de ces derniers. L'antipollueur économiseur prend place entre le moteur sur lequel il est fixé et le carburateur dont il est le support. Suivant la variante retenue pour un moteur considéré , ce procédé se substitue à la pipe d'admission d'origine, ou alors il s'adapte parfaitement à cette dernière voire à l'entrée des tubulures d'admission de la culasse du moteur, si cette dernière est modifiée. Les volumes des diverses enceintes thermiques, peuvent-être calculés, d'après les caractéristiques propres du moteur à essence. Ainsi la formule ci-après non applicable pour toutes les variantes est donnée à titre d'exemple. île permet de calculer le meilleur diamètre, donc le volume de l'enceinte thermique. Ce qui permet d'assurer une tonne alimentatior des cylindres, à tous les régimes du moteur. pour un moteur de cylindrée (c) de 2000 cm3, - de diamètre de tubulure d'admission D = 32 mm, - de couple moteur maimum à oco t/mq, - de volume de gaz nécessaire et disponible à transférer 1,5 fois la cylindrée, la formule est # enceinte = 1,5 x C2 # D 10-3 = # en millimètres(maximum). V Pour les caractéristiques ci-dessus # = 64 millim'etres(maximum). Pour les moteurs dont la vitesse au couple maximum est supérieure à 3000 t/mn le volume de gaz à produire 1,5C à une vitesse considérée doit-être porté à 2 fois la cylindrée C. Cette formule est établie empiriquement. Elle a été définie à la suite de résultats obtenus dans la dratique. Selon la première variante Fig. 1 et 2 le moyen pour porter le comburant + le carburant à l'état de gaz chaud, consiste en une nouvelle pipe d'admission qui se compose : - d'une enceinte d'émulsion qui reçoit essence pulvérisée en goutte- let es très fine et l'air provenant du carburateur à essence. - d'une enceinte thermodynamique cylindrique ou suivant une autre forme bien adapte au but fixé - d'ur. tube à transfert de chaleur dont l'une de ses deux extrémités est fixée axialement dans enceinte thermodynamique ci-dessus. L'autre extrémité étant fixée en contact direct avec la pipe d'échappement du moteur à essence. La surface de ce contact détermine la quantité de chaleur à transférer dans l'enceinte thermique. Cette quantité de chaleur évoluerasuivant les régimes de fonctionnement du moteur à essence. Cette évolution sera captée par l'enceinte thermique qui modifiera sa puissance de chauffe. - d'une enceinte de stabilisation des gaz chauds. Cette enceinte a pour but de limiter la dilatation des gaz avant leur admission dans les cylindres. Assurant ainsi un bon remplissage de ces derniers, pour maintenir le rendement du moteur à essence à une valeur égale ou supérieure de celle d'origine. Selon la deuxième variante Fig. 4, 5 et 6 une nouvelle pipe d'admission qui se compose : - d'une enceinte unique, présentant un volume légèrement supérieur à celui de la pipe d'admission d'origine. Cette enceinte permet simul tanément le chauffage et la dilatation du mélange air + essence pro venant du carburateur. Cette enceinte comprend une masse à fenêtres permettant l'écoulement laminaire du mélange. Suivant les variantes, cette masse est rectangulaire ou circulaire conçue pour la présente invention. Un tube à chaleur présentant sensiblement les mimes caractéristiques thermiques que celles définies pour la première version ci-dessus. Seule la masse d'échange calorifique de ce tube introduite dans la masse à entre ci-dessus, se trouve modifiée. Sa forme résulte de la température nécessaire, pour la transformation en gaz chaud, du mélange air + essence, pendant son passage dans les orifices de la masse d'échange calorifique, de cette extrémité du tube à chaleur. L'évolution de la température dos gaz d'échappement est suivie par une évolution de température, et dans le ndme sens, de la source d'admission (mélange). A titre d'exemple, plusieurs essais effectués avec ce procédé équipant un moteur à essence de 11 CV fiscaux,ont pernis de constater : - sans antipollueur économiseur : Co = 2 % 'a 750 t/mn - avec antipollueur suivant cette invention : Co = 0.20 % Co corrigé = consommation à 90 Km/h - Vitesse stabilisée : 2 litres de carburant pour 28 Xm 700 parcourus. La troisième variante Fig. 7 et 8 est différente des deux décrites précédemment par : - la disposition des enceintes d'émulsion ou de gazéification (enceinte thermodynamique) Le but demeurant le même. C'est à dire réduction très sensible de la pollution en Co et de la consommation de carburent sur les moteurs fonctionnant à l'essence suivant la version réalisée. On peut réaliser un grand nombre de variantes de ce procédé. Leur adaptation peut-être acquise sur divers moteurs fonctionnant à l'essence et de type suivants - véhicules automobiles - motocycles -- moteurs à postes fixes La conception du procédé suivant la présente invention résulte des - caractéristiques d'origines, mécaniques et de fonctionnement du moteur à essence, devant le recevoir. Certain de ces procédés, suivant le degré de chauffe retenu, permettent d'utiliser d'autre carburants, sur les moteurs fonctionnant à l'essence. Alcool à brûler, GAZ-OIL etc. ... Pour cela certaines adaptations du carburateur ou du noteur lui même sont rendues nécessaires Ces adaptations sont bien connues à l'heure actuelle, par les techniciens de l'automobile. L'application industrielle de cette invention prend en compte la réalisation de deux pièces principales : 1 Un tube à transfert de chaleur, dont la puissance thermique qu'il -est capable de transférer dans a pipe d'admission, est -fonction des cara@ téristiques propres du moteur à essence sur lequel il est installé. Ce tube est réalisé en métal conducteur résistant aux corrosifs entrant dans la composition de l'essence. Recouvert sur toute Sa longueur non utile à l'échange thermique par un produit réfractaire. Ce tube pourra être réalisé en une seule ou plusieurs pièces. Ceci suivant les commodités de règlage thermique ou montage souhaités. 20 Une nouvelle pipe d'admission qui sera montée en lieu et place de la pipe d'origine. Cette pipe d'admission sera réalisée en une seule pièce de fonderie. Mu montage, elle recevra facilement 11 extrémité du tube à transfert de chaleur qui prendra place dans l'enceinte thermique. 30 Certaines variantes du tube à chaleur pourront être directement adaptées aux pipes d'admission d'origine. REVEDICATIONS 1 - Procédé incorporé aux moteurs à explosion caractérisé par ce qu'il permet pn échange thermique à temps de réponse, par régulation statique entre la chaleur dégagée en aval de la combustion et le fluide d'admission pour l'élaboration d'un mélange air carburant présentant des caracté ristiques semi-hétérogènes évolutives adaptées à chaque régime des moteurs, entrainant pour ces derniers de se comporter en système sous le quadruple aspect de la régulation du rendement de la combustion, de l'étalement de la réserve de couple moteur, de l'économie de carburant et de la diminution sensible des polluants résiduels à l'échappement. 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par la possibilité qu'il offre pour la réalisation de moteuisdont le fonctionnement prend l'aspect d'un système à régulation autonome s'éffectuant à partir de troisiempératures ; celles de l'air ambiant, du mélange d'admission mesurée avant la traversée de l'orifice des soupapes d'admission et de,l'échappement dont les fluctuations sont fidèlement transférées de l'aval à l'amont de la combustion, les deux dernières permettant aux moteurs de fonctionner en utilisant un mélange présentant des aptitudes particulières à produire une bonne déflagration et une combustion de ce mélange, quasi complète, dans les cylindres des moteurs. 3 - Procédé suivant les revendications précédentes, caractérisé en variante par ce qu'il permet la régulation de l'évaporation à double effet in versé du mélange traversant une enceinte thermique ditherme, polytherme suivant le cas, adaptée pour fonctionner à tous les régimes des moteurs à combustion interne, réalisable en une nouvelle pipe ou tubulures d'admission ou encore par transformation des tubulures existantes sur les moteurs déjà industrialisés ; ces derniers étant contraints de fonctionner à des niveaux de combustion différents de ceux d'origine, permettant en outre l'évolution de certains règlages mécaniques, interdit auparavant, entre autres, bur l'allumage, les délais. les montées et les angles, formés par les soupapes, la richesse du mélange, -ainsi que sur la conception de nouvelles chambres d'explosion. 4 - Dispositif antipolieuret économiseur suivant les revendications 2 et 3 adaptable mécaniquement à un moteur à explosion, fonction nant à partir d'une émulsion carburant-comburant caractérisé en ce qu'il comprend. Au moins un tube de transfert de chaleur (4) pour transférer vers une enceinte thermique (2) la chaleur collectée par la mise en contact de l'une de ses extrémités sur la pipe d'échappement (7) du moteur à explosion, l'enceinte thermique chauffant un mélange provenant d'une enceinte (1) de détente de l'émulsion issue du carburateur, et une enceinte (3) de stabilisation et d'hoMogénXi- sation du mélange chauffé dans l'enceinte thermique, en communication directe avec l'admission du moteur. 5 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en variante, en ce que l'autre extrémité du tube de transfert de chaleur débouche dans l'enceinte thermique. Le transfert de chaleur est calculé sur la base du transport d'une puissance minimum de 200 W/Cm2 pour un tube à chaleur, et un temps de réponse de ce dernier pouvant attendre 2 secondes pour une élévation de temp4- rature instantannée du point de contact de 10 C pour un tube Caloduc fonctionnant à la puissance nominale et opposant aux phénorrènes thermiques une inertie nettement inférieure à celles des tubulures d'admission et d'échappement. 6 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le tube de transfert de chaleur est en contact ou noyé dans la. paroi de l'enceinte thermique, celle-ci présentant une forme apte à donner au mélange un écoulement laminaire le long des parois de cette enceinte. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qué l'enceinte (3) de stabilisation et d'homogénéisation du mélange chauffé est adjacente à l'enceinte (1) de détente de l'émulsion provenant du carburateur. 8 - Dispositif selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que l'enceinte )d'o stabilisation et d'homogénéisation est confondue avec les pipes d'admission du moteur. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précèdentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de préchauffage (9) du tube de transfert de chaleur, ce dernier pouvant atteindre sa température maximum en fonctionnement nominal en moins de 20 secondes.