Brevet FR2507690A1 — publié le 19821217

Le moteur à essence à allumage par étincelle est généralement adopté pour les petits véhicules et, dans l'avenir prévisible, cet état de choses se maintiendra. Or, étant donné que la pénurie d'énergie s'est accusée jusqu'à présent et continuera à s'accuser de jour en jour, il va sans dire que les méthodes d'économie de carburant prennent une importance majeure dans notre vie quotidienne. Par conséauent, il devient de plus en plus important dans le monde entier de modifier le moteur à essence existant, à allumage par étincelle, en vue d'augmenter son rendement et de le rendre apte à utiliser plus d'un genre de carburant afin de réaliser des économies d'énergie. Le premier problème que pose l'utilisation dans un moteur à essence polycarburant de carburants tels que kérôsène, combustible pour diesels, carburant mixteou alcool, réside dans le fait que la proportion d'air que doit comporter le mélange est différente pour chaque genre de carburant, en raison de la différence entre les poids moléculaires individuels ; le second problème découle de ce que les conditions à établir pour éviter la combustion détonante des divers genres de carburant ne sont pas les mêmes. Ces deux problèmes peuvent être résolus par le processus de traitement de carburants selon la présente invention. Pour résoudre les problèmes posés par les différences de poids moléculaires entre les divers carburants et par la combustion détonante observée avec des carburants de genres différents, la technique principale consiste à évaporer complètement le carburant atomisé qui arrive du carburateur et à l'enflammer au point d'inflammation bas ou point d'éclair autrement dit, la charge qui pénètre dans le cylindre pour y brûler est à l'état gazeux. Du point de vue de la combustion, on peut donner l'analyse et l'exposé suivants On a : essence = C8H18 huile pour diesels = C16H30 kérosène = C12H26 alcool = CH3OH Les principales données intéressantes figurent dans le tableau 1. TABLEAU 1 - Données sur les carburants Essence Kérosène Huile pour Alcool diesels (c8H18) (C12H26) (C16H30) (CH30H) Poids moléculaire 114,2 170,3 251-225 32 Densité (à 15,40C) 0,6834 0,7484 0,825-0,855 0,795 Point d'ébullition (sous l atm.) 126 C 216 C 260 C 660c Gazéification (E.A.D.) 221 C 3100C > 3500c Gazéification (rapport air/carburant=16) 62,70C 137,70C 137,70C 199,6 C (2) Point d'éclair (ASTM D92-52) -17,70C 460c 46"c 16,70c (2) Rapport de compression du moteur à essence (1) 8-8,5 (4,2) (8,1) (5,2) Pouvoir calorifique (inférieur) 19 329 19 173 18 225 9 078 Rapport théorique du mélan- ge air/carburant (A/C) 15,19 15,07 14,58 6,49 Note 1. Sous réserve de l'essence, tous les rapports de compression pour les autres carburants sontles rapports de compression critiques de leur combustion détonantes. Note 2. Ce point d'éclair est tiré de données sur le kérosène (URSS=65C). Note 3. Les données portées dans ce tableau sont tirées de 1. Courbes de distillation ASTM D-86 2. Daniels, Alberty ; Physical Chemistry, 4è édition (1976). 3. Hermann Baumann, qui a traduit Theorieder Diesel motorem de Wanscheidt (URSS), 5è édition. 5. "Petroleum Inspection Handbook" Raffinerie de Kaohsiung de la Chinese Petroleum Corp. Si la vitesse du moteur est de 3600 tr/mn, le temps qui doit s'écouler de la course de compression à l'allumage ne dépasse pas 0,0074 seconde ; on conçoit qu'au cours de cette brève période, le carburant à l'état partiellement atomisé n' est pas complètement évaporé ; ensuite, la compression remet ce carburant partiellement atomisé sous forme de particules un peu plus grosses. Après l'aDumage, la fraction évaporée brûle plus vite que la fraction atomisée ; il y a donc combustion incomplète et combustion détonante. Selon les données citées plus haut, c'est le carburant à l'état sensiblement pur qui présente le plus de chaleur latente ; après mélange avec un excèsd'air (e), la chaleur nécessaire à une gazéification complète se trouve considérablement réduite.Prenons maintenant par exemple le kérosène ; après que le mélange de kérosène et d'air ait traversé le carburateur, on le porte à une température de 1370C ; ce mélange forme alors un gaz combustible dispersé dans l'air frais Ledit mélange en phase aqueuse est plus homogène que le mélange atomisé. Attendu que le carburant est brûlé dans le cylindre.à l'état gazeux, on peut aussi bien assimiler le moteur à un moteur à combustion de gaz. Or, il est bien connu que, dans un moteur à combustion de gaz, on ne se soucierait pas du problème posé par la combustion détonante ; par contre, l'avance à l'allumage deviendrait un problème à considérer.On en a maintenant déduit que l'on pourrait minimiser la combustion détonante en faisant passer le carburant à l'état gazeux avant sa pénétration dans un moteur à essence.En effet, les facteurs suivants contribuent à minimiser la combustion déto- nantie 1) le combustible étant complètement mis à l'état gazeux, sa température d'inflammation est ramenée au point d'éclair 2) la température du mélange est plus forte 3) la charge se répartit régulièrement. Le rapport de compression critique de combustion détonante pour le kérosène est de 4,2/1. On peut résoudre le problème de la combustion détonante en changeant le gicleur pour augmenter la proportion d'air du mélange et en ajustant l'avance à l'allumage à un angle de vilebrequin de 15 à 200. Par tâ- tonnements et améliorations, en remplaçant le gicleur d'essence par un gicleur no 120-125, la marche est possible avec un mélange 50/50 d'essence et de kérosène. Similairement, le problème de combustion détonante posé par d'autres mélanges de carburants peut etre résolu par la même méthode, par tâ- tonnements. Pour résumer ce qui précède, il apparait que des mélanges d'essence et d'autrescarburants peuvent être utilisés dans un moteur à essence à étincelle, à condition d'être complètement vaporisés. Si besoin est, il faut remplacer le gicleur, régler l'avance à l'allumage ou adopter quelque autre mode d'adaptation. Le gazéificateur poly-carburant selon 1' invention rend au moteur apte à marcherà l'essence avec un meilleur rendement, et aussi adaptable à d'autres carburants. Des essais de conduite concrets opérés sur 120 000 km avec sept genres de véhicules alimentés avec divers genres de carburants - tels qu'essence, mélange d'essence et de kEro- sène, mélange d'essence et d'huile pour diesels, kérosène, alcool, etc. - ont permis d'établir un tableau de consommations comparées, avec utilisation du gazéificateur polycarburant, donné ci-dessous. (tableau 2 page suivante) Les résultats portés dans le tableau 2 constituent de simples relevés de conduite sur route et non des essais de moteur en règle, mais ils démontrent, par le truchement des chiffres de consommation, le fait quele gazéificateur polycarburant et économique rend la combustion plus parfaite que jamais en gazéifiant complètement le carburant avant sa pénétration dans le cylindre. On va maintenant décrire en détail la configuration et la structure dudit gazéificateur polycarburant en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente l'agencement du réseau gazéificateur polycarburant selon l'invention, dont elle servira à exposer le fonctionnement la figure 2 est une vue en perspective avec coupe du réseau gazéificateur polycarburant (1), qui servira à exposer la structure de ce réseau la figure 3 représente en coupe le tuyau de transmission de chaleur selon l'invention et servira à exposer le mode de canalisation et d'utilisation des gaz d'échappement chauds la figure 4 est une vue en coupe du régulateur thermique (3) selon l'invention la figure 5 représente en coupe la pompe à huile manuelle (7) ;; la figure 6 représenteen coupe le sélecteur de carburant (5). TABLEAU 2 Types de véhicules Nombre de mil- Carburants uti- Réduction (%) utilises pour 1' les parcourus lisés de la consommation essai ISUZU 2 174 l.Alcool 2.Essence et kérosène 50%-50% Internation 3 728 l. Alcool 20 % 2. Kérosène 13 % GMC 8 699 Kérosène GMC 10 563 1. Kérogène 2. Essence et kérosène 50% 501 3. Alcool Camion Dodge Weapon il 806 1. Kérogène 2. Essence et kérosène 50%-50% 3. Alcool Yue Loung(Taïwan) 12 613 l. Essence 49 % 2. Essence et com- 43,5 % bustible pour diesels 50%-50% 3. Essence et kéro- 21,0 % sène 50%-50% 4. Kérosène 7,5 % 5.Alcool 35,0 % Autobus Chevrolet 14 291 Alcool 1 mille = 1,609 3 km Le gazéificateur polycarburant 1 est monté entre la tubulure d'admission 10 et le carburateur 12. Des joints d'asbeste et des éléments de retenue raccordent deux à deux les éléments suivants : socle de montage 1-11 et bride du carburateur 12, bride inférieure 1-12 et bride de la tubulure d' admission 10, bride 1-13 et tuyau de chauffage 9, bride 1-14 et tuyau d'échappement de chaleur 19, bride de jonction 2-2 du tuyau d'admission de chaleur 2 et raccord du tuyau d' échappement de chaleur 21, brides 3-5 et 3-9 du régulateur de chaleur 3 et brides (non détaillées) du tuyau de transmission de chaleur 2 ; la manette 17 de commande dudit régulateur de chaleur est montée en un endroit convenable dans la cabine de conduite et est reliée par un câble d'acier à la barre de réglage 3-7 qui entraîne l'axe mobile 3-2 de façon à manoeuvrer le registre 3-1 de réglage de chaleur, qui présente cinq positions de réglage entre ses états de pleine ouverture et de fermeture totale, en vue de faire varier de T1 à T5 la température du gazéificateur polycarburant 1.La pompe manuelle 7 à huile (ou à carburant, les deux mots étant utilisés dans le même sens dans tout le présent mémoire) est montée en un endroit convenable dans la cabine de conduite, et le tuyau d'admission d'huile 7-8 est relié au passage d' admission d'huile 5-8 du sélecteur de carburant 5, tandis que l'autre extrémité du tuyau d'huile 7-7 est reliée à l'injecteur adjoint dans la tubulure d'admission de gaz principale 22. Le sélecteur de carburant 5 est fixé sur le corps métallique du côté gauche de la chambre de combustion, et sa manette de commande 23 est montée en un endroit adéquat à 1' avant de la cabine de conduite, et reliée par une tige d' acier au tiroir 5-7. Le passage d'admission d'huile 5-2 est relié au filtre 4 à carburant secondaire, filtre lui-même relié au réservoir de carburant secondaire 8.A travers un filtre à carburant primaire 20, le passage d'admission d' huile 5-1 est relié au réservoir de carburant primaire 11. Le tuyau d'huile 5-3 est relié au tuyau d'admission de la pompe à essence d'origine 6, et le tuyau d'admission d'huile 5-4 est relié à la sortie de cette pompe d'origine 6. Le tuyau d'huile 5-5 est relié au raccord d'akdmission d'huile 14 du carburateur 12, et le tuyau d'huile 5-6 est relié au raccord 24 du tuyau hélicoidal de préchauffage 24 du gazéificateur polycarburant 1 ; l'autre raccord terminal de ce tuyau hélicoïdal de préchauffage 25 est relié par un tuyau d'huile au raccord d'admission d'huile 14 dudit carburateur 12. Si le réservoir de carburant primaire 11 est rempli d' essence et le réservoir de carburant secondaire 8, rempli d' un carburant à faible vitesse de combustion, on pousse, avant la nise en marche du moteur, la manette du sélecteur de combustible 23 jusqu'en fin de course, comme représenté sur la fi gure 6 ; l'essence contenue dans le réservoir de carburant primaire 11 traverse alors ledit filtre à carburant primaire 20 et pénètre dans le passage d'admission 5-1 dudit sélecteur de carburant 5, d'où elle va traverser le tuyau d'huile 5-3, la pompe à essence d'origine 6, le tuyau d'admission d'huile 5-4 et le raccord d'huile 14 pour pénétrer finalement dans le carburateur 12. Dès que le moteur a démarré, le mélange arrivant du carburant traverse la prise d'air 1-16 du premier chapeau de vaporisation 1-2, les nombreux petits trous 1-17, la couche de gazéification à haute température 1-7 et la tubulure d' admission de gaz principale et pénètre finalement dans le cylindre pour s'y enflammer et expioser.Quand le dispositif sert, avec de l'essence comme carburant, à assurer une économie, le réseau d'admission de carburant est tel que décrit ci-dessus, mais ledit gazéificateur polycarburant 1 doit être convenablement chauffé par une partie des gaz d'échappement prélevée sur le tuyau d'échappement ; simultanément, il faut faire passer la manette 17 du régulateur thermique de la position 1/5 à la position 2/5 (T1-T2=73 C) ; ensuite, les gaz d'échappement chauds évacués par le tuyau d'échappement 21 se divisent en deux fractions, dont l'une traverse le tuyau de transmission de chaleur 2, franchit le registre 3-1 du régulateur thermique 3 et est évacuée du véhicule par le tuyau d' échappement 2-4, tandis que l'autre fraction, du fait qu'elle est retenue par le registre 3-1 et absorbée par le tuyau chauffant 9, pénètre dans l'accumulateur de chaleurl-4 du gazéificateur polycarburant l,étant finalement évacuée du véhicule par le tuyau d'échappement de chaleur 19. Etant donné que les plaques d'accumulation de chaleur 1-8 accumulent de la chaleur, le corps du gazéificateur polycarburant atteint la température requise en trois minutes environ ; à la sortie du carburateur 12, le mélange pulvérisé traverse le premier chapeau de vaporisation 1-2, les nombreux petits trous 1-17, puis le second chapeau de vaporisation 1-3 qui lui oppose une résistance et le distribue ; il traverse ensuite la couche de gazéification 1-15 et la couche de gazéification à haute température 1-7, de sorte qu'il est complètement gazéifié et exempt de toute particule liquide avant de pénétrer dans le cylindre ; de ce fait, la majeure partie de carburant participe à la combustion, ce qui permet le but visé, qui est l'économie de carburant. Lorsqu'on utilise de l'alcool comme carburant, on remplit d'alcool le réservoir de carburant primaire et il faut remplacer le gicleur du carburateur par un gicleur assurant dans un rapport idéal (A/C=6,49) le mélange d'air avec 1' alcool, et faire passer la manette 17 du régulateur thermique de 2/5 à 3/5 (T2-T3=2l60C) ; par ailleurs, le mode de fonctionnement est tel que décrit ci-dessus. Lorsqu'on utilise l'essence contenue dans le réservoir de carburant ll pour faire démarrer le véhicule, on fait tourner le moteur pendant trois minutes environ ; on tire alors la manette du sélecteur de carburant 23 vers l'extérieur, et le carburant faiblement combustible (kérosène, mélange d' essence et de kérosène ou mélange d'essence et d'huile pour diesels) contenu dans le réservoir de carburant secondaire 8 est prêt à servir.Ce carburant à vitesse de combustion faible traverse le filtre à carburant secondaire 4, le passage d'huile 5-2, le tuyau d'huile 5-3,le tuyau d'admission de la pompe à essence d'origine 6, le tuyau d'admission d'huile 5-4, le tuyau d'huile 5-6, puis le tuyau d'huile 18, le raccord 24 du tuyau hélicoïdal de préchauffage, et pénètre finalement dans le tuyau hélicoïdal de pré chauffage 1-1 du gazéificateur polycarburant 1 ; attendu que ce gazéificateur a été préchauffé, le tuyau hélicoïdal de préchauffage 1-1 a atteint la température requise par effet de conduction thermique. Etant donné que le carburant a atteint la température voulue, il traverse l'autre raccord terminal 25 dudit tuyau de préchauffage, puis le raccord d'admission 14 du carburateur et pénètre finalement dans le carburateur 12. Bien que le carburant peu combustible ait un point d'inflammation élevé, il est alors préchauffé à la température voulue ;; par conséquent, lorsqu'il est pulvérisé sous forme demélange hors du carburateur 12 par un gicleur, adapté au rapport de mélange idéal du carburant particulier utilisé, il va traverser le premier chapeau de vaporisation 1-2 et les multinles petits trous 117, puis se répartit du fait de la résistance opposée par le second chapeau de vaporisation 1-3, et va ensuite traverser la couche de gazéification 1-5 et la couche de gazéification à haute température 1-7 pour être complètement gazéifié avant de pénétrer dans le cylindre.Grâce à ce mode opératoire, un carburant à faible température de combustion peut aussi servir dans un moteur à essence, sans aucune différence par rapport à l'essence. (La très faible volatilité du kérosène ou du combustible pour diesels oblige à monter ledit tuyau hé licoidal de pré chauffage pour préchauffer ces carburants par contre, on peut supprimer ce moyen de préchauffage lorsqu'on utilise de l'alcool.) Pour éviter que des particules d'huile on gazéifiées, relativement lourdes, ne s'échappent par le canal d'arrêt d'huile 1-10 prévu à la base du gazéificateur 1, il est prévu une sortie de retour d'huile 1-9, reliée à une coupelle de stockage d'huile transparente ; ainsi, l'utilisateur peut vérifier à tout moment le niveau atteint dans cette coupelle.La chaleur de la couche de gazéification à haute température provient des gaz d'échappement dirigés vers l'accumulateur de chaleur 1-4 ; une partie de cette chaleur pénètre dans la chambre daconduction de chaleur 1-6 à partir de la bride d'entrée 1-5 de l'accumulateur de chaleur 1-4, puis traverse ladite chambre par deux passages, s'échappent à l'extérieur par la sortie prévue à l'autre extrémité 1-19. C'est aussi qu'est établie ladite haute température de la couche de gazéification à haute température. Quand le carburant utilisé est du kérogène, pour faire redémarrer le moteur après une mise à l'arrêt, il faut utiliser au démarrage la pompe à huile manuelle 7. Etant donné que le tuyau d'admission d'huile 7-8 de cette pompe 7 est relié au passage d'admission d'huile 5-8 du sélecteur du carburant, il peut aspirer directement de l'essence à partir du réservoir de carburant primaire 11 ; le carburant franchit la valve d'admission d'huile 7-9 de la pompe manuelle pour venir sous une pression adéquate traverser la valve d'arrivée d'huile 7-6, puis la sortie d'huile 7-7, le tuyau d'huile 15 et l'injecteur 22 de la tubulure d'admission de gaz principale, et pénétrer finalement dans le cylindre de façon à faciliter le démarrage du moteur.L'expérimentation montre qu'un mélange d'essence et de kérosène, aussi bien qu'un mélange d'essence et d'huile pour diesels peuveitservir aussi à assurer directement de manière analogue le démarrage du moteur ; en cas d'arrêt soudain du moteur sur le véhicule en marche, le démarrage peut encore être assuré aisément à l'aide d'essence sans changement de carburant ou en utilisant la pompe à huile manuelle 7 pour pulvériser l'essence. Lorsqu'on utilise le dispositif avec de l'essence ou l'alcool pour assurer une économie de carburant, on peut ne pas utiliser certains des accessoires, tels que le sélecteur de carburant, sa manette de commande 23, la pompe à huile manuelle 7, le réservoir 8 et le filtre à carburant secondaire 4, les tuyaux d'huile 15 et 18, le tuyau hélicordal de préchauffage 1-1 et les raccords 14,24,25 ; en conséquence, les composants et moyens de commande peuvent être plus simples que pour la marche au carburant peu combustible. Tant la coque 1-18 du gazéificateur polycarburant 1 que l'accumulateur de chaleur 1-4 sont rendus étanches pour éviter des fuites de carburant et maintenir le volume intérieur complètement sous vide. Les filtres à carburant 4 et 20 et la pompe à carburant 6 sont tous trois des pièces d'origine du véhicule. Quant aux raccords 14,24,25, il s'agit d'articles courants qu'on peut se procurer sur le marché ; il est donc inutile de donner d'autres détails. Pour résumer ce qui précède, il est clair que la structure selon la présente invention est non seulement nouvelle, pratique et sûre, mais en outre dotée de la faculté originale d'utiliser divers genres de carburants ; en outre, elle peut assurer une économie énorme de carburant ou d'argent, minimiser la pollution atmosphérique et est simple à construire et à poser ; elle peut se monter sur la plupart des véhicules à moteur à essence, conformément à l'invention, et offre des qualités indubitables de commodité, d'économie, d' originalité et d'apport inventif. REVENDICATIONS 1. Réseau gazéificateur polycarburant, caractérisé en ce que son composant majeur, le gazéificateur (1) est monté entre le carburateur (12) d'un moteur à combustion interne du type à étincelle et la tubulure d'admission principale (22), en vue de gazéifier complètement le carburant (d'une manière générale, essence, combustible pour diesels, kérosène, alcool etc. et leurs mélanges)au moyen de la chaleur des gaz d' échappement avant de l'envoyer dans le cylindre, les étapes initiales du fonctionnement dudit réseau étant les suivantes le carburant à l'état liquide traverse un tuyau de préchauffage (1-1) dudit gazéificateur, puis atteint le carburateur (12), et les opérations ultérieures de fonctionnement dudit réseau étant les suivantes : la charge qui sort du carburateur traverse la couche de gazéification à haute température (1-7) dudit gazéificateur (1) en vue de sa gazéification totale, puis est canalisée.jusqu'à la tubulure d'admission de gaz principale. 2. Réseau d'utilisation de la chaleur d'échappement d'un moteur selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur (9) reliant le tuyau d'échappement principal (21) au gazéificateur de façon à faire traverser aux gaz d'échappement la chambre d'accumulation de chaleur (1-4) dudit gazéificateur avant de passer au pot d'échappement, ledit collecteur comportant intérieurement une valve réglable polyétagée (3) commandée par un moyen de commande manuel pour régler la proportion de gaz d'échappement à introduire dans legazéificateur (1) afin de régler la température de la chambre d'accumulation de chaleur (1-4) du gazéificateur, et ladite chambre d'accumulation de chaleurcontenant une série de plaques d'accumulation de chaleur (1-8) qui y sont montées et son reliées à ladite couche de gazéification à haute température (1-7) en vue d'absorber la chaleur desdits gaz d' echappement. 3. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un tuyau de préchauffage de carburant (25) qui traverse ladite chambre d'accumulation de chaleur (1-4) du gazéificateur (1) pour absorber la chaleur contenue dans cette chambre et 11 amener immédiatement au carburateur (12). 4. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de gazéification à haute température (1-7) hermétiquement reliée au tuyau de sortie du carburateur et dans laquelle sont prévus un premier chapeau de vaporisation (1-2) percé de multiples petits trous (1-17), un second chapeau de vaporisation (1-3) et une chambre de gazéification à haute température (1-7), la charge qui émane du carburateur atteignant à travers lesdits petits trous (1-17) le premier chapeau de vaporisation, puis étant rabattue par le second chapeau de vaporisation, conique, et atteignant la chambre de gazéification à haute température pour y être complètement gazéifiée, et passant finalement dans la tubulure d'admission principale (22). 5. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un injecteur est adjoint à- la tubulure d'admission principale, est relié au réservoir de carburant primaire (11) et est directement commandé par une pompe manuelle (7) assurant l'arrivée de carburant. 6. Réseau selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un sélecteur de carburant manuel (5) pouvant être relié à l'un ou l'autre des réservoirs de carburant primaire (11) ou de carburant secondaire (8) pour déterminer la sélection du carburant momentanément transmis au gazéificateur (1).