Brevet FR2497285A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne les moteurs à combution interne et a notamment pour objet un dispositif pour la magnétisation du mélange combustible--dans les moteurs à combustion interne dont le processus de fonctionnement est lié à la combustion d'un combustible organique (essence, kérosène, gazole, pétrole brut). L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale aux moteurs à combustion interne (M.C.I.) à carburateur, l'action du champ magnétique étant exercée sur le mélange gazeux carburant-comburant (carburant-air). Le dispositif faisant l'objet de l'invention peut aussi être appliqué à la magnétisation du combustible dans les moteurs Diesel, les turbines à gaz et les moteurs à réaction, dans les installations tbermo-énergétiques sta- tionnaires. Le fonctionnement des machines et des installations thermiques se fait, d'une part, avec un bas rendement, et d'autre part, avec pollution de l'environnement. La conséquence du bas rendement des machines et des installations thermiques est l'utilisation improductive de combustible coûteux et d'approvisionnement difficile (pétrole et produits pétroliers), une dispersion notable de la chaleur dans l'environnement, ainsi que l'échauf- fement et la température élevée des éléments actifs des machines et installationsthermiques. La combustion in- complète du combustible, liée au bas rendement, entraîne le rejet à l'atmosphère des produits résiduels de la combustion, y compris des constituants toxiques solides et gazeux. L'augmentation de la puissance des moteurs à -0 combustions interne et la croissance continue de leur nombre requiert la recherche de solutions techniques assurant un accroissement de leur rendementdes économies de combustible et un abaissement du niveau de pollution de l'environnement. Ces dernières années on a publié en URSS et à l'étranger un grand nombre de travaux concernant l'étude de l'action du champ magnétique sur les propriétés physico-chimiques de diverses substances, la cinétique de leur interaction, ainsi que la conception de dispositifs techniques pour exercer ladite action du champ magnétique. On y note en particulier l'action favorable de la magné- tisation de l'eau et des solutions aqueuses, donnant lieu à une réduction des dépôts solides sur les parois des tuyauteries, des conduites thermoénergétiques utilisant l'eau en tant que caloporteur, un accroissement de la résistance des bétons quand l'eau de gâchage est soumise à un traitement magnétique, etc. On y note aussi l'action du champ magnétique sur l'activité des cellules végétales et animales, ainsi que des organismes vivants entiers. Enfin, il existe une grande quantité de littérature relative aux brevets, et qui est consacrée aux propositions techniques concernant l'amélioration du fonctionnement des installations thermo-énergétiques et des machines thermiques par action d'un champ électromagnétique sur le combustible, le mélange combustible ou le comburant. Dans certains des travaux indiqués, l'effet favorable est obtenu en faisant agir, sur le combustible, le mélange combustible ou le comburant, seulement un champ magnétique. Dans ce cas, le champ magnétique nécessaire à la magnétisation est créée soit par des aimants permanents, soit par un électro- aimant à courant continu ou alternatif. A l'heure actuelle le problème de la protection de l'environnement contre la pollution reste l'un des problèmes les plus aigus et les plus urgents. L'une des plus grandes sources de pollution est l'automobile. Pour diminuer la toxicité des constituants des gaz d'échap- pement des automobiles, on applique diverses solutions techniques: - mise au point de nouveaux types de moteurs et de carburateurs; - emploi d'un nouveau combustible et de divers additifs pour le-combustible; - adjonction de systèmede postcombustion du combus- tible, etc. Toutefois, la majorité des solutions techniques n'ont pas trouvé des applications étendues.Elles entraînent toutes une augmentation notable du prix de l'automobile et une complication appréciable de sa conception, sont peu efficaces et ne résolvent pas la question de l'épuration des rejets de millions d'automobiles en service. L'effet d'amélioration de la qualité du fonctionnement des moteurs à combution interne quand le mélange combustible est traité par un champ électromagnétique est lié à la modification des paramètres physiques et chimiques de la réaction de combustion, des produits participant à la réaction et des produits résultant de la réaction de combustion. Le traitement provoque une élévation du niveau d'ionisation du mélange combustible, de sa densité, de sa conductibilité électrique, de sa viscosité cinématique et de la tension superficielle des gouttelettes de combustible. On connaît diverses conceptions de dispositifs pour le traitement du combustible, du mélange combustible ou du comburant à l'aide d'un champ électromagnétique. Ainsi, les brevets des Etats Unis cl. P02M 27/04 n 3 (05 492, de Grande-Bretagne cl. F02M, 27/04, 27/06 n0 1 304 827, de la R. F.A. cl.46c 27/04 n0 2 231 424 décrivent des dispositifs à l'aide desquels une charge électrique est transmise soit à un combustible liquide ou gazeux, soit à un mélange combustible. L'électrisation du combustible ou du mélange combustible s'effectue en employant, dans les dispositifs entrant dans la construction des systèmes, des électrodes spéciales auxquelles on applique un potentiel électrique élevé, ou bien en employant, dans la structure de ces dispositifs, des matériaux à propriétés diélectriques assurant l'électrisation par frottement. Le traitement électrique du combustible ou du mélange combustible provoque une modification de ses propriétés physico-chimiques, ce qui, à son tour, influe sur le caractère du déroulement de la réaction de combustion. Le traitement électrique abaisse aussi la tension superficielle des gouttelettes de combustible, en facilitant ainsi son évaporation et en améliorant la formation du mélange combustible. Ces dispositifs pour le traitement du combustible ou du mélange combustible à l'aide d'un champ électrique ont des inconvénients, parmi lesquels on peut citer la complexité notable de leur conception et leur fiabilité peu élevée, la nécessité d'avoir une source autonome de haute tension électrique et leur basse efficacité. Les brevets Etats-Unis cl. 2t1-72 n0 3 059910, no 3 060 339, cl. 431-356 no 3 830 621, cl. 123-119 n0 31167-26, no 3 989 017; R.F.A. cl. F02f n0 1 037 765, cl. F02. M 27/00 n0 225 679; Suisse cl. F02 M 27/04 n0 580 754; France cl. F02 M 27/04 n0 2 181 852 ont pour objet des dispositifs pour le traitement magnétique du combustible, du mélange combustible ou du comburant. Le champ magnétique est créé à l'aide d'aimants permanents ou de divers genres d'électroaimants. L'alimentation électrique des électroaimants s'effectue soit à partir d'une source individuelle, soit à partir du système d'allumage du moteur. Les schémas des dispositifs d'ali- mentation sont, en règle générale, assez compliqués.-Le champ magnétique est créé dans les conduites de combustible, dans les chambres à flotteur, les carburateurs, les prises d'air et les filtres d'air, dans la culasse et le bloc- cylindres des moteurs, et en d'autres endroits du système d'alimentation du moteur en combustible. Le traitement magnétique, comme le traitement électrique, influe sur les propriétés hysico-chimiques ducoaubsible ou du mélange combustible, ce qui se traduit par une combustion plus complète et un accroissement de la température de combustion du combustible, par une diminution du volume des produits de combustion incomplète, parmi lesquels se trouvent les constituants toxiques des gaz d'échappement. Enfin, on a proposé des dispositifs (par exemple, brevet Etats-Unis cl. 335-209 no 3 349 354) qui exercent simultanément sur le combustible l'action d'un champ magnétique. Les dispositifs énumérés présentent une série d'inconvénients, dont les principaux sont la complexité de la conception et de la fabrication, entraînant la com- plication de toute la conception du système d'alimentation en combustible, du moteur et de ses chambres de combustion, des systèmes d'alimentation électrique et d'allumage et, en conséquence, l'abaissement de leur fiabilité et l'aug- mentation de leur coût,ainsi que la durée importante du cycle de traitement du combustible avant sa combustion. L'emploi de ces dispositifs n'a pas permis d'obtenir un effet appréciable. On connaît aussi un dispositif (brevet Etat-Unis cl. 123-119E nO 3 893 437) pour le traitement simultané d'un mélange combustible par champ électrique et magnétique, ainsi que par action thermique sur le mélange combustible. Le dispositif se compose d'un empilage de plaquettes plates se plaçant sous le carburateur. Une partie des plaquettes sont dotées de grilles destinées à pulvériser et à brasser les particules de combustible. D'autres plaquettes sont dotées d'aimants permanents et d'une résistance électrique destinés respectivement à créer un champ de force magnétique et à chauffer la grille supérieure et la grille inférieure afin d'augmenter l'énergie cinétique des molécules d'hy- drocarbures. En outre, il y a des plaquettes utilisées en tant qu'embase du dispositif et pour assurer son étanchéité. Les aimants permanents incorporés dans l'une des plaquettes ont la forme de cylindres placés en vis-à-vis et créant un champ magnétique dirigé radialement. La résistance montée dans l'une des plaquettes est alimentée à partir du circuit électrique de l'automobile. L'un des inconvénients du dispositif décrit est la complexité notable de sa conception, ainsi que sa basse fiabilité due à la présence d'une résistance électrique et de grilles. En outre, les investigations effectuées montrent que la présence d'un champ magnétique perpen- diculaire à la direction du mouvement du mélange combustible se traduit non pas par un accroissement, mais par un abaissement du rendement. Le but de l'invention est de supprimer les incon- vénients indiqués ci-dessus. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la magnétisation du mélange combustible dans un moteur à combustion interne, qui engendrerait un champ magnétique de forme et d'intensité telles, qu'il assurerait un abaissement marqué des taux d'hydrocarbure, d'oxyde de carbone et des autres constituants toxiques dans les gaz d'échappement, tout en ecluant le recours à une source pour son alimentation électrique. La solution consiste en ce que le dispositif pour la magnétisation du mélange combustible dans un moteur à combustion interne, du type comprenant une source de champ magnétique continu montée dans le système d'ali- mentation du moteur en combustibleest caractérisé, d'après l'invention, en ce que la source de champ magné- tique continu est un aimant permanent annulaire, monté dans un bottier amagnétique et encerclant le canal d'alimentation du moteur en combustible, les pôles dudit aimant étant orientés de façon que la direction du champ magnétique engendré soit parallèle à la direction du mouvement du mélange combustible. L'utilisation, en tant que source de champ magné- tique, d'un aimant permanent annulaire encerclant le canal d'amenée du combustible à la chambre de combustion, aimanté le long de sa génératrice de telle façon que les lignes de force magnétiques soient dirigées suivant- la direction du mouvement du mélange combustible, assure-z le fonctionnement autonome du dispositif sans dépenses d'énergie pour le traitement du mélange combustible. La forme annulaire de l'aimant et la coïncidence de la direction des lignes de force magnétiques et de celle du mouvement du mélange combustible, créent les conditions voulues pour le déroulement de la magnétisation du mélange combustible avec une efficacité optimale. Ceci résulte du fait que de tels aimants engendrent un champ magnétique uniforme suivant.leur circonférence,aussi toutes les particules du mélange passant à travers l'anneau se 24972E trouvent-elles dans des conditions à peu près égales. En outre, quand la direction des lignes de force magnétiques de l'aimant est parallèle à la direction du mouvement du mélange combustible, l'ionisation, la polarisation, la pulvérisation et le brassage des particules du mélange se déroulent d'une manière plus complète. L'emploi d'un aimant permanent annulaire en tant que source de champ magnétique permet d'assurer le fonctionnement autonome du dispositif et de supprimer le recours à des sources d'alimentation électrique externes. Le dispositif conforme à l'invention permet d'accroître notablement le rendement du moteur, en diminuant la consom- mation de combustible, et d'abaisser le taux des constituants toxiques dans les gaz d'échappement. En outre, la conception du dispositif proposé est notablement simplifiée compara- tivement à celle des dispositifs connus. Il est avantageux que le bottier amagnétique de l'aimant permanent soit réalisé plat. Dans ce cas on obtient une connexion de simplicité maximale et facile du dispositif au système d'alimentation en mélange combustible, on peut utiliser les pièces de fixation existantes et assurer facilement et d'une manière fiable l'étanchéité des jonctions en utilisant des joints d'étanchéité. Il est très avantageux de monter le dispositif de façon que le pôle sud de l'aimant soit le plus proche (dans le sens du mouvement du mélange combustible) du moteur. Dans ce cas ol: obtient la polarisation la plus complète et l'orientation requise des particules du mélange>ce qui co tribue à l'amélioration des conditions de combustion du combustible. Un facteur indispensable au bon fonctionnement du dispositif est la réalisation de conditions telles que le champ magnétique soit dirigé vers l'intérieur de l'aimant annulaire. Pour assurer cette condition, il faut confectionner le bottier avec un alliage amagnétique, car dans ce cas (à la différence de l'emploi d'un bottier ferromagnétique), la forme du champ magnétique de travail reste sans dLstrrtns et son énergie est maximale au centre de l'aimant annulaire. Vu que le plus avantageux est de confectionner le bottier par coulée en coquille ou sous pression, le matériau utilisé pour la confection du bottier est un alliage de zinc. Son emploi découle de la condition voulant que le bottier soit amagnétique, et il prévient la fissuration de l'aimant et du boitier lui-même, grâce au bas point de fusion de l'alliage de zinc et à son coefficient de dilatation volumique proche de celui du matériau de l'aimant. Dans une variante préférentielle de réalisation de l'invention, l'aimant permanent annulaire a un diamètre intérieur égal au diamètre intérieur du canal d'alimentation en mélange combustible, de telle façon que les parois intérieures de l'aimant coïncident avec celles du canal. On obtient ainsi un passage sans entrave du mélange com- bustible à travers le dispositif, sans accroissement de la turbulence de l'écoulement et sans formation d'un film de combustible sur les parois du canal d'alimentation en mélange combustible. Il est avantageux que l'intensité du champ magnétique- soit de 50 à 250 oersteds au centre de l'orifice de ltaiment annulaire. La valeur optimale de l'intensité du champ magnétique dépend de la cylindrée du moteur et de la confi- guration du canal d'alimentation en mélange combustible. Aux intensités plus basses, l'effet de la magnétisation ne se manifeste pas, et aux intensités plus fortes, il se produit une altération de la marche du moteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci appraitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatifs, avec références au dessin unique annexé dans lequel: - la figure 1 représente une variante du dispositif conforme à l'invention (vue de dessus); - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 (vue de côté); - la figure 3 représente une variante de montage du dispositif sur le collecteur d'admission du moteur, pour l'alimentation de ce dernier en mélange combustible (coupe longitudinale). Les figures 1, 2 et 3 illustrent un mode de réalisation et d'utilisation du dispositif dans le système d'alimentation d'un moteur en combustible. L'exemple considéré concerne un M.C.I. à carburateur double corps. Le dispositif se compose de deux aimants permanents annulaires 1, placés dans un bottier amagnétique plat 2 qui fait office de plaque intercalaire. Les aimants 1 peuvent être fixés dans le bottier 2 à la colle. Le bottier 2 est confectionné en un matériau amagnétique (par exemple en alliage de zinc), par coulée en coquille ou par coulée sous pression dans un moule, dont l'empreinte a la forme du bottier 2 du dispositif. Le bottier 2 du dispositif a des trous 3 coïncidant avec les trous de fixation de la bride 4 (figure 3) du carburateur. Dans l'exemple de la figure 3, le dispositif pour la magnétisation du mélange combustible est monté directement après le carburateur 5 du M.C.I. L'étanchéité des canaux 6 d'alimentation en mélange combustible est assurée par des joints d'étanchéité (non représentés sur les figures). Dans ce cas, la fixation du dispositif et du carburateur 5 au collecteur d'admission 7 s'effectue à l'aide d'éléments de fixation prévus pour le carburateur. Le diamètre intérieur des aimants 1 est égal au diamètre intérieur des canaux 6 qu'ilsencerclent. Les aimants 1 sont orientés de façon que la direction du champ magnétique qu'ils engendrent coïncide avec la direction du mouvement du mélange combustible dans les canaux 6, le pôle sud des aimants 1 étant leur pôle le plus proche(dans le sens du mouvement du mélange combustible) du moteur. Pour d'autres types de M.C.I., le dispositif peut être réalisé et monté dans le système d'alimentation en mélange combustible suivant d'autres variantes. Ces variantes peuvent différer tant par le nombre total de dispositifs montés que par le nombre d'aimants annulaires dans chaque dispositif. Ainsi, en cas de montage du dispositif sous le carburateur, le nombre de dispositifs est déterminé par le nombre de carburateurs dans le M.C.I., et le nombre d'aimants dans le dispositif est choisi égal au nombre de corps dans chaque carburateur. Si le M.C.I. comporte des collecteurs distributeurs d'admission, les dispositifs pour la magnétisation du mélange combustible se montent séparément sur chacun des canaux d'alimentation en mélange combustible. En parti- culier, dans un M.C.I. à quatre temps, à distribution par soupapes, les dispositifs peuvent être montés directement dans le siège des soupapes. Les aimants permanents annulaires 1 confectionnés en alliages magnétiques à grande force coercitive, à base de fer (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co) et aluminium (Ai), ou en ferrites. L'aimantation des aimants permanents 1 du dispositif s'effectue au dernier stade de leur fabrication, jusqu'à leur saturation complète. Ensuite les aimants sont stabilisés de façon que l'intensité magnétique à leur centre soit de 50 à 250 Oe. Le dispositif pour la magnétisation du mélange combus- tible fonctionne de la façon suivante. Le mélange combus- tible débité par le carburateur 5 passe à travers les orifices des aimants permanents annulaires 1 du dispositif, y est magnétisé et arrive dans la chambre de combustion du M.C.I. en passant par le collecteur d'admission 7. La création d'un tel dispositif est due à une série de raisons. Les investigations ont fait apparaltre que l'effet maximal est obtenu non pas quand seul le combustible est magnétisé, mais quand tout le mélange combustible est traité, le traitement devant être effectué, premièrement, à l'aide d'un champ magnétique continu d'intensité déter- minée, coïncidant en direction avec la direction du mouvement du mélanededaièmement, dans un circuit magnétique ouvert, car le râle essentiel est joué par le champ de fuite; et troisièmement, par un dispositif situé aussi près que possible de la chambre de combustion du M. C.I., ne provoquant aucun trouble aérodynamique dans le mouve- ment du mélange. Quand le mélange combustible est traité par le champ magnétique d'un circuit magnétique ouvert, constitué par des aimants permanents 1, il se produit une magnéti- sation des molécules de combustible et d'eau se trouvant dans le mélange, ainsi qu'une polarisation et une orientation déterminée de ces molécules. Il en résulte la scission des hydrocarbures lourds en hydrocarbures plus légers, la désactivation des impuretés nuisibles et l'obtention d'une combustion maximale du combustible. Le côté physico-chimique de tout le processus n'est pas encore établi d'une manière univoque, et d'autres explications du processus de magné- tisation sont possibles. Les essais d'un M.C.I. à cylindrée de 1500 cm3 ont montré la haute efficacité du traitement magnétique du mélange combustible. La magnétisation du mélange à l'aide du dispositif faisant l'objet de l'invention lui a conféré de nouvelles qualités, grâce auxquelles le taux de CG dans les gaz d'échappement s'abaisse de 2,5 fois et même plus, et le rendement du moteur s'élève notablement, sa puissance maximale augmentant de 5 à 15 %. En même temps, le dispo- sitif est caractérisé par son extrême simplicité et sa fiabilité, ainsi que par son faible cout;il peut être employé sur tous les types de M.C.I., se présentant pra- tiquement sous la forme d'une plaque intercalaire de 3 à 7 mm d'épaisseur; Le dispositif faisant l'objet de l'invention est principalement destiné aux automobiles se trouvant en service. Son montage, du fait de l'extrême simplicité de sa conception, ne requiert ni assistance qualifiée, ni formation technique, et peut être effectué dans des conditions quelconques par le conducteur lui-même. Le dispositif peut aussi être monté en usine chez le cons- tructeur, quoique dans les conditions de fabrication il est avantageux de placer les anneaux magnétiques direc- tement dans l'embase du corps du carburateur, dans les sièges des soupapes de distribution et en d'autres endroits du système d'alimentation en combustible des M.C.I. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour la magnétisation du mélange combustible dans un moteur à combustion interne, du type comprenant une source de champ magnétique continu montée dans le système d'alimentation du moteur en combustible, caractérisé en ce que la source de champ magnétique continu est un aimant permanent annulaire (1) monté dans un bottier amagnétique (2) et encerclant le canal (6) d'alimentation du moteur en combustible, les pôles dudit aimant étant orientés de façon que la direction du champ magnétique engendré soit parallèle à la direction du mouvement du mélange combustible dans le canal (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bottier ama&étique (2) de l'aimant (1) est un bottier plat. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aimant (1) est placé de telle façon que son pale sud soit le plus proche(dans le sens du mouvement du mélange combustible) du moteur. 4. Dispositif selon l'une des revendication 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le bottier amagnétique (2) de l'aimant (1) est réalisé en alliage de zinc. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de l'aimant annulaire (1) est égal au diamètre intérieur du canal (6) d'alimentation en mélange combustible. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'intensité du champ magnétique au centre de l'orifice de l'aimant annulaire (1) est de 50 à 250 Ge.