Brevet FR2558386A1 — publié le 19850726

La présente invention concerne des produits et procédés destinés à l'amélioration de réactions chimiques et, plus précisément, des produits et procédés permettant une meilleure combustion entre un carburallt (hydrocarbures liquides par exemple) et un comburant (air par exemple). Il existe actuellement deux types de systèmes pour opérer une combustion entre des hydrocarbures liquides (essence, gazoil) et de l'air. Le premier type concerne des systèmes à carburateur, le second type des systèmes à injecteurs, tous deux bien connus de l'homme de l'art. Ces deux systèmes ont pour inconvénient de préparer un mélange air-hydrocarbure qui n'est pas suffisamment complet pour qu'une combustion efficace et totale s'ensuive lors de l'admission du mélange dans la chambre de combustion. En effet, quel que soit le système considéré s le mélange est réalisé par la transformation d'un liquide (hydrocarbures) en fines gouttelettes, soit par l'intermédiaire d'un gicleur, soit par celui d'un injecteur. Cette opération de transformation est en général peu efficace et la dimension des gouttelettes obtenues est trop importante au regard des molécules d'oxygène qui l'entourent ; de la sorte, lors de la combustion, seule la partie externe de chaque gouttelette est brûlée, le coeur restant en général à l'état liquide. Pour pallier cette insuffisance de finesse de pulvérisation, il a été imaginé d'introduire par réchauffement interne et ébullition préalables de liquide d'hydrocarbures, un mélange de vapeur d'hydrocarbures et d'air. En l'espèce, le mélange obtenu est idéal. On conçoit toutefois le danger extrême de porter à ébullition des hydrocarbures. Cette solution n'a donc pas eu de suite. Aussi, actuellement la seule solution fiable mais peu efficace de réaliser un mélange intime d'hydrocarbures liquides et d'air reste la méthode de pulvérisation d'un liquide en gouttelettes au moyen soit d'un gicleur9 soit d'un injecteur. Le but principal de l'invention est dtaméliorer considérablement i'obter.tJoi1 de mélanges réactionnels comportant des gaz et des ilquides Un second but de l'invention est d'accroître le rendement de combustion pour les moteurs à combustion interne. Un troisième but de l'invention est de simplifier grandement la réalisation de moteurs à combustion interne utilisant des carburateurs. A cet effet, l'invention propose principalement, dans le cadre général d'une réaction chimique effective dans un réacteur et utilisant d'une part des gaz et, d'autre part, des liquides, d'introduire ces gaz et liquides sous la forme d'une mousse très fine de sorte qu'un contact interne s'établisse entre les deux phases considérées. De la sorte, l'invention propose d'introduire les constituants réactionnels dans la chambre de réaction, non plus sous la double forme de flux séparés de liquide et de gaz, mais sous la forme unique d'une mousse fine desdits liquide et gaz. Plus précisément, la présente invention propose d'utiliser un dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une premiere tubulure, dite tubulure de gaz d'arrivée du gaz (formé, le cas échéant, d'un mélange de gaz), d'une seconde tubulure de liquide d'arrivée du liquide (formé, le cas échéant, d'un mélange de liquides), d'une chambre de mélange où débouchent lesdites tubulures de gaz et de liquide et, enfin, d'une troisième tubulure, dite tubulure de mousse, qui constitue une tubulure de sortie du mélange gaz/liquide en provenance de ladite chambre de mélange. Les inventeurs ont remarqué que lorsque ladite chambre de mélange présentait une certaine symétrie (forme sphérique, forme cylindrique, ellipsolde de révolution, ...), la mousse produite dans ladite tubulure de sortie était particulièrement fine et stable. Aussi, selon la présente invention, une chambre de mélange de forme symétrique est-elle préférée. La présente invention propose de munir la tubulure de mousse d'un organe aspirant. Cet organe pouvant etre notamment une pompe ou une disposition particulière de ladite tubulure de mousse surbaissé par rapport à son niveau de sortie (pompe à "pesanteur"). Cette addition complémentaire (organe aspirant) selon l'invention, est tout à fait remarquable car, pour un débit de gaz /liquide donné, ce débit produit par une aspiration donne une mousse bien plus stable que le même débit produit par des pompes à compression situées dans les tubulures de gaz et de liquide. Par ailleurs, selon l'invention, ladite tubulure de gaz ou la tubulure de liquide, ou bien les deux tubulures sont munies d'organes de réglage des débits respectifs de gaz ou de liquide. En effet, la production de mousse est sensible aux débits de gaz et de liquide notamment pour chaque type d'hydrocarbure, une certaine proportion de débit de gaz par rapport au débit de liquide, pour un débit de liquide donné, doit être maintenue ; si cette proportion n'est pas maintenue, il n'apparaît plus de mousse dans la tubulure de mousse, mais une succession de bouchons de gaz et de bouchons de liquide. Aussi, la présente invention propose également un régulateur qui, pour des dimensions de tubulures fixées, adapte le débit de gaz au débit de liquide, en sorte que la mousse gaz/liquide est toujours produite dans la tubulure de mousse. Dans le cas particulier des moteurs à combustion interne,- la présente invention propose un dispositif qui adapte, dans la plupart des cas, les débits de liquide et d'air, de manière à obtenir une mousse fine. Pour un débit d'essence compris entre 1 et 50 litres à l'heure, la section de la tubulure d'arrivée d'essence ayant une dimension comprise entre 1 mm2 et 300 mm2, la section de la tubulure de sortie étant du même ordre, la présente invention propose qu'au moins une partie de la tubulure d'arrivée d'air ait une section comprise entre 1 micron carré et 3 mm2. Les autres parties de la tubulure d'arrivée d'air ont, selon l'invention, une section plus importante. Bien entendu, la tubulure de liquide est alimentée par le réservoir d'hydrocarbures, et la tubulure de sortie alimente soit le carburateur, soit l'injecteur dudit moteur. L'invention est donc remarquable en ce qu'elle alimente les carburateurs ou les injecteurs des moteurs à combustion interne, non plus en liquide mais en mousse. Une telle mousse est alors bien plus aisément et finement pulvérisée qu'un liquide compact. Par ailleurs, on a supprimé les dangers dus aux mélanges de vapeurs d'hydrocarbures et d'air, comme ceux liés à l'ébullition de l'essence. L'invention propose donc la production d'un état intermédiaire entre un mélange de vapeur et un liquide, une mousse fine et stable, ainsi qu'un dispositif pour réaliser une telle mousse. En outre, la présente invention propose de simplifier la réalisa Lion des carburateurs. En effet, les carburateurs sont dorénavant alimentés par de la mousse et non plus par du liquide. Aussi, l'invention propose de supprimer le flotteur ainsi que le dispositif de blocage, genre pointeau, y afférent. Mais l'invention propose encore plus simplement de supprimer le carburateur, de sorte que la tubulure de sortie dudit dispositif selon l'invention débouche directement dans la chambre de carburation. De même, dans le cas de moteurs à combustion interne utilisant des injecteurs, il est proposé par l'invention de relier la tubulure de sortie de l'un quelconque des dispositifs précédemment décrits à l'entrée dudit injecteur. La présente invention proposait ci-avant, pour les moteurs à combustion interne usuels, d'utiliser une tubulure d'arrivée d'air présentant une section étroite. Aussi, est-il également proposé par l'invention de munir une telle tubulure, préalablement à ladite section étroite, d'un filtre à air, de manière à éviter tout blocage de ladite section, partiel ou total, susceptible d'être occasionné par des poussières, eu égard à rimportance de la précision du débit d'air. La présente invention propose également de munir la tubulure de mousse du dispositif de l'invention d'un organe élévateur de pression de mousse. Un tel organe est important, notamment pour les moteurs à carburateur dont le gicleur doit être alimenté à pression constante. Une façon particulièrement simple de réaliser l'adjonction d'un tel organe consiste, selon l'invention, à utiliser directement le dispositif de l'invention, dont une partie (tubulure de sortie par exemple) où la totalité est surélevée par rapport à l'organe d'admission de la mousse. La pesanteur joue alors un effet analogue à celui d'une pompe qui serait introduite soit en amont, soit en aval dudit dispositif. La présente invention sera mieux comprise au regard des dessins annexés et de leur description détaillée, dessins et description n'étant donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. Sur ces dessins - la figure 1 schématise le dispositif et le principe général de la présente invention - la figure 2 représente une variante du dessin de la figure 1, incluant un dispositif de réglage - les figures 3 et 4 montrent des applications particulières des dispositifs précédents des moteurs à combustion interne utilisant une chambre de combustion. Sur la figure 1, on distingue la chambre de mélange (5) où aboutissent la tubulure d'arrivée du gaz (1) et celle d'arrivée du liquide (2). Le débit dans chacune de ces deux tubulures (de section quelconque en dimension et en forme) est réglé par un dispositif approprié : pour le débit de gaz (3) et pour le débit de liquide (4). Enfin, on remarque la tubulure de mousse (6) permettant l'évacuation sous forme de mousse fine du mélange liquide/gaz effectuée dans la chambre de mélange (5) vers la chambre de réaction (5 bis). La forme de cette chambre de mélange (5), est, selon un mode de réalisation preicré de l'invention, une forme symétrique : cylindre, sphère, ellipsoïde de révolution, etc ... Les dispositifs de réglage (3) et (4) sont nécessaires, car la production otpimale de mousse fine nécessite, pour un débit de gaz déterminé, un certain débit de liquide et vice versa. Une autre configuration du dispositif selon l'invention est présentée sur la figure 2. On distingue toujours la tubulure d'arrivée de gaz (34), celle d'arrivée de liquide (8), celle de sortie de mousse (14) et la chambre de mélange (13). Toutefois, å ce dispositif est adjoint selon l'invention un organe central d'analyse et de commande (10). Cet organe (10) reçoit des informations, notamment de débit, en provenance des tubulures (34) et (8), au moyen des senseurs (11 et 12). En fonction de ces informations, la vanne (9) est ouverte ou fermée, partiellement ou totalement, par ledit organe (10). Sur la figure 3, est exposé un dispositif selon l'invention rappliqué à l'alimentation des moteurs à combustion interne comportant un carburateur Selon l'invention, le carburateur original a été retiré comme i.iutile, puisque l'alimentation de la chambre de carburation (23) se fait non plus par un liquide mais par une mousse fine On litote : le réservoir d'hydrocarbures (13) , la pompe d'alimenté tation (24), la tubulure d'arrivée du liquide (16) , la tubulure d'arrivée d'air '17), la chambre de mélange (15), et la tubulure de mousse (18) qui aboutit au gicleur (22) placé dans la chambre de carburation (2u?), le papillon des gaz (20) et l'arrivée d'air (21). En outre, pour des débits d'hydrocarbures compris entre 1 et 50 itres à l'heure, la présente invention recommande qu'une partie de la tubulure (17 bis) présente . étranglement (17) qui laisse une section comprise entre 1 micron carré et 3 mm. Par ailleurs, pour éviter tout risque d'obturation, l'invention propose, en amont dudit étranglement, d'installer un filtre à air (14 Bis). La figure 4 présente un autre dispositif selon l'invention que celui de la figure 3, applicable aux moteurs à combustion interne. On reconnaît le réservoir d'hydrocarbures (25), la pompe d'alimentation (26), la tubulure d'arrivée de liquide (27), la tubulure d'arrivée d'air (30), la chambre de mélange (28), la tubulure de mousse (29) qui aboutit au gicleur (35) situé dans la chambre de carburation (36). L'un des modes préférés de réalisation selon l'invention consiste à adjoindre au dispositif précédant un organe d'analyse et de commande (32), qui prend en compte notamment le niveau de l'accélération (pédale d'accélérateur (33)), le débit d'essence, le débit d'air et ajuste cesdits débits, au moyen d'une ou plusieurs vannes (selon le cas) pour obtenir une production de mousse optimale dans la tubulure (29). On remarque également que le dispositif (28), et plus précisément la canalisation (29) a été, selon une variante préférée de l'invention, surélevée par rapport au niveau du gicleur (35). Cette variante est remarquable en ce qu'elle permet de maintenir, au niveau du gicleur, une pression suffisante et quasi-constante, pression maintenue originairement par un carburateur. L'invention ayant maintenant été décrite et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, les demandeurs s'en réservent l'exclusivité, pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celles des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à produire à partir d'un liquide (formé le cas échéant d'un mélange de liquides) et d'un gaz (formé le cas échéant d'un mélange de gaz) un lit dense de bulles formées dudit gaz et dudit liquide, caractérisé en ce qu'il comporte - une première tubulure (1), dite tubulure de gaz, d'arrivée dudit gaz, - une seeonde tubulure (2), dite tubulure de liquide, d'arri vée dudit liquide, - une chambre de mélange (5) où débouchent lesdites tubulure de gaz et tubulure de liquide, - une troisième tubulure (6), dite tubulure de mousse, qui constitue une tubulure de sortie du mélange gaz-liquide en provenance de ladite chambre de mélange (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tubulure de sortie (6) est munie d'un organe (6 bis) susceptible d'aspirer la mousse produite. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est en outre muni d'un organe de réglage (3) du débit de gaz dans ladite tubulure de gaz. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est en outre muni d'un organe de réglage (4) du débit de liquide dans ladite tubulure de liquide. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est muni d'un régulateur (10) qui, pour des dimensions de tubulures fixées, adapte le débit de gaz au débit de liquide, en sorte que quels que soient lesdits débits de gaz ou de liquide, la mousse gaz/liquide est toujours produite dans ladite tubulure de sortie (14). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que - le gaz utilisé est de l'air, - le liquide utilisé est un mélange d'hydrocarbures et notam ment de l'essence. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destiné i faciliter les réactions de combustion entre des hydrocarbures liquides et de l'air, le débit d'hydrocarbures liquides étant approximativement compris entre 1 et 50 litres à l'heure, la section de la tubulure d'arrivée d'essence ayant une dimension approximativement comprise entre 1 mm2 et 300 mm2, la section de la tubulure de sortie de mélange ayant une dimension approximativement comprise entre 1 et 300 mm2, ledit dispositif étant caractérisé en ce que, dans au moins une partie de ladite tubulure d'arrivée d'air, la section de cette tubulure est comprise entre 1 micron carré et 3 mm2, les sec tions des autres parties étant plus larges. 8. Dispositif d'alimentation en mélange liquide-air d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte - un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont ladite tubulure de liquide est jointe, directement ou bien indirectement, au réservoir de liquide, - un carburateur formé d'une simple cuve sans flotteur ni dispositif de blocage type pointeau, où aboutit ladite tubulure de mousse dudit dispositif précédant. 9. Dispositif d'alimentation en mélange liquide-air d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont la tubulure de sortie de mousse (18) débouche directement au sein de la chambre de carburation (23) et dont la tubulure de liquide (16) est jointe directement ou bien indirectement au réservoir de liquide. 10. Dispositif d'injection pour moteur à combustion interne comportant un injecteur muni dlune tubulure d'arrivée de liquide, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont lesdites tubulures de liquide et de mousse sont chacune raccordées à une section de ladite tubulure d'arrivée de liquide, respectivement en aval et en amont dans le sens de déplacement dudit liquide, de sorte que ledit injecteur est dorénavant alimenté par une mousse air liquide. 11. Dispositif d'alimentation en mélange liquide-air d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en outre en ce que la tubulure d'admission d'air est munie en amont d'un filtre à air (14 bis). 12. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pompe est formée par des parties surbaissées (38) et surélevées (37) de ladite tubulure de mousse. 13. Dispositif destiné à la mise en oeuvre d'une réaction chimique entre un liquide et un gaz, caractérisé en ce qu'il comporte - un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - et une chambre de réaction (5 bis) où débouche directe ment, ou bien indirectement, ladite tubulure de mousse (6), de sorte qu'aboutit dans ladite chambre de réaction une mousse dudit liquide et dudit gaz qui augmente considérablement la surface du contact entre ledit liquide et ledit gaz et facilite donc considérablement ladite réaction chimique. 14. Procédé destiné à faciliter une réaction chimique entre des constituants gazeux et liquides devant réagir dans une chambre de réaction, caractérisé en ce que ? préalablement à l'introduction desdits constituants dans ladite chambre de réaction - on réalise une mousse à partir diun mélange des phases gazeuses et liquides desdits constituants, - on introduit cette dite mousse dans ladite chambre de réaction