Brevet FR2596853A1 — publié le 19871009

Perfectionnements aux dispositifs d'alimentation d'une chambre de combustion pulsatoire d'un mélange de comburant et de carburant. La présente invention concerne des perfectionnements à des dispositifs d'alimentation d'un mélange de comburant et de carburant dans une chambre de com- bustion pulsatoire. La combustion pulsatoire dures mélange decom- burant et de carburant dans une chambre nécessite l'introduction dans cette chambre du mélange d'une manière intermittente.Pour cela, on peut introduire le amurant en continu et le comburant alterniernent ou mélanger les deux com, posants et introduire le mélange séquentiellement. Le dispositif décrit dans la présente demande est du premier type en ce qu'on injecte le carburant d'une manière continue alors que le coniburant, en l'occurrence de l'air, est aspiré séquentiellement. Afin d'éviter un encrassement du dispositif d'alimentation tel qu'un injecteur de fuel, dû aux intervalles de temps pendant lesquels l'air n'est pas injecté, il a été proposé plusieurs solutions. L'une des solutions est décrite dans la demande française No. 84 04 921 du 29/3/1984 déposée au nom de la demanderesse. Le dispositif comprend au moins deux canaux d'injection du canburant débouchant par l'intermédiaire de plusieurs clapets dans un collecteur qui converge dans la direction de la chambre de combustion pulsatoire. L'alimentation de l'air dans le collecteur est interrompue par la fermeture des clapets qui, en position normale, sont ouverts et qui se ferment sous l'action de la pression de gaz développée dans la chambre de combustion, devient supérieure à la pression d'injection de l'air. Pour améliorer la fermeture des clapets, on a également prévu de les monter dans des plots de centrage fixés sur une plaque du corps du dispositif.Dans ce dispositif, comme il vient d'etre indiqué, l'air est introduit par le haut et s'écoule donc vers le bas, ce qui implique que le clapet soit constamment ouvert, ledit clapet ne se fermant que lorsqu'une différence de pression suffisante s'établit entre les deux faces. Il a été proposé de ménager entre la paroi intérieure du canal et un tube de chaleur une zone de recirculation pour les gaz brûlés en provenance de la chambre de combustion, ladite zone étant ouverte à son extrémité supérieure. La recirculation des gaz brûlés est obtenue grâce à une pièce de forme particulière, inséré entre le canal d'entrée et le tube de chaleur. De plus, il est prévu de monter la pièce sur un manchon qui est logé dans le col de la chambre de combustion. La présente invention a pour but de surmonter les difficultés qui sont apparues lors de l'utilisation des dispositifs décrits ci-dessus, grace à une simplification qui permet non seulement de réduire le nombre de pièces mais encore d'améliorer les performances obtenues, notamment en réduisant la propension à l'encrassement de l'injecteur de fuel. Le dispositif selon l'invention, qui est du type comprenant une chambre d'injection et de mélange du comburant et du carburant et se terminant par un canal d'entrée, des moyens d'allumage tels qu'une bougie disposée horizontalement et débouchant dans ledit canal d'entrée, un tube de chaleur monté dans la partie supérieure de la chambre de combustion de manière à délimiter un espace annulaire pour la recirculation des gaz brûlés dans la chambre de combustion, un écran monté entre la chambre d'injection et de mélange et le tube de chaleur et permettant aux gaz brûlés d'être recirculés vers ladite chambre de combustion, est caractérisé en ce que le tube de chaleur comprend un rebord annulaire qui est logé dans l'espace annulaire et dont au moins une partie est munie d'orifices de passage pour les gaz brûlés et en ce que l'extrémité inférieure du canal d'entrée comprend une partie terminale convergente en direction du tube de chaleur. Un avantage de la présente invention est de permettre l'évaporation du carburant tel que du fuel sur le tube de chaleur et que le jet de fuel ne soit pas trop détruit pour permettre le démarrage à froid du dispositif, le taux de recirculation le long du tube de chaleur dosé par le ou les orifices ménagés dans le rebord annulaire du tube de chaleur. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'écran est constitué par une plaque en aluminium qui est disposée à une certaine distance du tube de chaleur de façon que les gaz brûlés traversant l'espace annulaire ménagé entre le col de la chambre de combustion et le tube de chaleur, parviennent à une certaine température sur ladite plaque. Dans ces conditions, on obtient un auto-nettoyage et une élimination presque totale de l'encrassement des moyens d'alimentation en fuel. La température appropriée est obtenue en dosant les apports de chaleur, par conduction de la zone chaude et par la recirculation induite par le tube de chaleur, par rapport aux déperditions vers l'air ambiant, le canal d'entrée et l'eau entourant la chambre de combustion ou circulant à proximité de cette dernière. D'autres avantages et caractéristiques apparaitront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif ainsi que du dessin annexé sur lequel la figure unique est une vue en coupe partielle d'un mode de réalisation selon l'invention. Le dispositif 1 représenté sur la figure comprend un corps de vanne 2 monté sur une embase 3 dont une partie seulement est représentée sur la figure. Le corps 2 est constitué par un couvercle supérieur 4 et une pièce porte-clapet 5, tous deux étant de révolution, symétriques autour d'un axe de révolution, et réunis entre eux par des organes de fixation tels que des écrous 7 la fixation empechant un éventuel desserrage pendant le fonctionnement et surtout lorsque les vibrations apparaissent. Le couvercle supérieur 4 est muni d'un alésage central 8 de grand diamètre, pour le montage d'un organe d'injection de fuel 9. La paroi interne 10 dudit couvercle 4 présente la forme d'une surface de révolution 11 dont la section par un plan diamétral est arrondie et d'une surface conique 12 en prolongement de la surface de révolution 11. La pièce porte-clapet 5 comporte un siège de clapet 13 qui est réuni à la plaque supérieure 4 et une embase de support 14 qui est réunie à l'embase 3 par des vis-écrous tels que 15. Des nervures ou ailettes de refroidissement 16 et 17 parallèles sont prévues entre le siège du clapet 13 et l'embase ce support 14, les longueurs desdites nervures décroissant régulièrement de façon que leurs extrémités s'inscrivent dans un cercle centré sur l'axe 6. Toutefois, certaines d'entre elles comme les nervures 17 sont plus courtes de manière à permettre un accès aisé à une bougie d'allumage 18 montée horizontalement dans un alésage 19 ménagé dans le porte-clapet. Un canal d'entrée 20 est également ménagé dans le porte-clapet 5 et communique directement avec une chambre d'injection et de mélange 50 ménagée dans le corps 2. Les nervures ou ailettes 16 et 17 permettent de refroidir le canal d'entrée 20, une bonne tenue mécanique de l'ensemble et empêchent la déformation du siège 13. Le canal d'entrée 20 est constitué notamment par une partie cylindrique 21 et une partie terminale inférieure ou becquet 22 qui converge vers l'axe 6. La longueur du canal d'entrée, de révolution autour de l'axe 6, comptée à partir de l'extrémité inférieure de l'organe d'injection 9, est assez grande pour protéger l'organe d'injection ou gicleur 9 de la chaleur développée dans une chambre de combustion 23. De manière à obtenir une température suffisamment basse pour que le fuel ne soit pas distillé, on réalise le porte-clapet 5 en un matériau approprié tel que de l'aluminium. La chambre de combustion pulsatoire 23 est constituée par une chambre proprement dite 24 et un col 25. Dans le col 25 est disposé un tube de chaleur 26 constitué par une partie cylindrique 27'qui est prolongée latéralement par un rebord annulaire 28 percé d'orifices 29 répartis régulièrement sur ledit rebord 28. Le tube de chaleur 26 délimite avec le col 25 un espace annulaire 30 pour la recirculation des gaz brûlés dans la chambre de combustion 24, ledit espace 30 pouvant présenter toute forme appropriée autre que cylindrique. he plaque isolante 31 est interposée entre l'embase -support 14 et l'embase 3 et comprend une ouverture pour le passage de l'extrémité inférieure du canal d'entrée 20. Les dimensions latérales de la plaque 37 sont légèrer.lent inférieures à celles du porte-clapet 5. Un écran thermique 32, en aluminium par exemple, se présente sous la forme d'une coupelle renversée, est inséré dans une découpe 33 ménagée dans le col 25 et l'embase 3, en s'y ajustant parfaitement aux tolérances prés, et repose par son bord libre, sur un joint 34. Un autre joint 35 est prévu pour enserrer avec le joint 34, le rebord 28 du tube de chaleur 26. La température à laquelle est porté l'écran thermique est obtenue par un équilibre thermique entre d'une part les apports dus aux gaz chauds et à la conduction à travers les joints isolants 34 et 35 et d'autre part,les pertes dues au contact avec le canal d'entrée 21, à la conduction à travers la plaque isolante 31 et au contact avec l'embase 3. L'ensemble comprenant l'écran thermique 32, les joints 34 et 35, le rebord 29 et le tube 27 constitue ce qu'on appelle une préchambre à recirculation dans laquelle on peut distinguer un volume tampon 36, un canal 37 à l'intérieur du tube 27 et l'espace annulaire 30. Dans le canal 37 il est réalisé un mélange entre les gaz frais et les gaz chauds recir- culant autour du tube de chaleur 26, et l'évaporation du fuel se déposant sur la partie 27 du tube de chaleur 26 dont la température est de l'ordre de 7000C. La dépression créée dans le volume tampon 36, au cours de la phase d'admission, aspire les gaz chauds de la chambre de combustion 23 à l'extérieur du tube de chaleur 26. L'écran thermique 32 permet de doser le débit de ces gaz et de fixer le taux de recirculation. Le siège de clapet 13 comprend des passages 38 pour le comburant, tel que de l'air, et devant être mélangé au fuel délivré par le gicleur 9. Un clapet 39 est interposé entre le couvercle 4 et le siège de clapet 13 en reposant librement sur ce dernier. Des portes concentriques 40 sont ménagées dans le siège de clapet 13 entre deux gorges 41 et 42; les passages d'air 38 débouchent dans la gorge 42 qui sert à augmenter la surface sur laquelle s'exerce la pression d'ouverture du clapet39, de façon à décoller facilement ledit clapet 39 au démarrage et à diminuer le temps d'ouverture pendant le fonctionnement. Quant à la gorge 41 elle réduit les effets de collage du clapet 39 sur son siège par effet de capillarité du fuel pouvant se glisser entre le clapet 39 et les portées 40.Il est à noter que le clapet 39 est souple, léger, et réalisé dans un matériau approprié apte à éliminer les dsques de corrosion ou de toute:autre modification des caractéristiques du clapet. C'est ainsi qu' la place de la gorge 41, on peut envisager d'autres moyens équivalents tels que des rainures ayant ou non la même orientation, des trous ou alésages, ou d'autres irrégularités qui ont la même fonction que ladite gorge 41, à savoir de réduire l'air de contact et de collage quand le clapet 39 est humide. En fait, aussi bien la gorge 41 que les moyens équivalents mentionnés ci-dessus permettent de diminuer la surface de contact sans pour cela engendrer des déformations du clapet. Enfin un orifice 43 peut être prévu dans le couvercle 4 pour être relié à un pressostat non représenté et jouer le rôle de détecteur de flamme. Un canal 44 est également prévu pour le cas où on souhaiterait disposer la bougie 18 dans une position inclinée à 450 et l'amener directement dans la chambre de combustion 23. Le dispositif représenté sur la figure fonctionne de la manière suivante. On réalise tout d'abord une étape classique d'amorçage de la combustion pulsatoire et pour cela on injecte de l'air dans les passages 38, à l'aide par exemple d'un ventilateur non représenté. Le clapet 39 étant libre, il s'ouvre très rapidement en se translatant totalement vers le haut et le couvercle supérieur 4. De par la forme de la paroi interne dudit couvercle supérieur 4 et surtout de l'écartement ménagé entre ledit couvercle 4 et le siège 13 à leurs extrémités éloignées de l'axe 6, le clapet 39 vient buter par sa partie périphérique extérieure contre le couvercle 4. La pression de l'air continuant à s'exercer, la partie intérieure du clapet 39 se déforme pour augmenter la section de passage vers le canal d'entrée 20. La combustion du mélange air-fuel est amorcée par un allumage haute tension de la bougie 18. Après la première explosion, quand la pression dans la chambre 24 devient supérieure à la pression d'injection de l'air, le clapet 39 se ferme très vite, la fermeture rapide étant due à l'énergie emmagasinée par la déformation et à la très faible course prévue. Les passages 38 sont alors obturés. Le ventilateur est utilisé jusqu'à ce que le cycle de combustion pulsatoire soit parfaitement établi. En régime établi, la bougie 18 n'est plus alimentée. Il faut remarquer que la tête du gicleur 9 est sous le clapet 39 de manière à éviter la sortie de fuel par les passages 38, qui d'ailleurs, pourraient être horizontaux au lieu d'être verticaux comme. cela est représenté sur la figure. Une partie des gaz brulés est refoulée vers le gicleur 9, tandis que la majeure partie des gaz brûlés est évacuée vers les moyens d'échappement. La partie des gaz brûlés non évacué permet de porter le tube de chaleur 26 à une température suffisamment élevée et ce, grâce à l'espace annulaire 30 dans lequel circulent les gaz brûlés et aux orifices 29 qui permettent de doser le taux de recirculation desdits gaz brûlés qui, après reflexion sur l'écran 32 ou la plaque 31, sont dirigés vers l'intérieur du tube de chaleur 26. Une telle recirculation dosée des gaz brûlés permet d'améliorer l'évaporation du fuel qui se serait déposé sur le tube de chaleur et qui aurait été incomplètement brûlé. Le canal d'entrée 20 présente un diamètre et une hauteur tels qu'ils permettent notamment la protection thermique du gicleur 9 du rayonnement produit dans la chambre de combustion 24 et de la remontée des gaz chauds. En effet, au moment de l'explosion le volume de gaz compris entre le becquet 22 et le clapet 39 est comprimé et laisse place aux gaz chauds contenu9 dans la préchambre ; grâce à la hauteur, envi-nn 44mm pour un diamètre de 22mm, le front chaud est arrêté sous la bougie 18 disposé horizontalement. Bien entendu, l'invention n est nullement limitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Perfectionnements aux dispositifs (1) d'alimentation d'une chambre de combustion pulsatoire (24) d'un mélange de comburant et de carburant, du type comprenant une chambre (36) d'injection et de mélange du comburant et du carburant et se terminant par un canal d'entrée (20), des moyens d'allumage tels qu'une bougie (18), un tube de chaleur (26) monté dans la partie supérieure de la chambre de combustion de manière à délimiter un espace annulaire (30) pour la recirculation des gaz brulés dans la chambre de combustion, un écran (32) monté entre la chambre d'injection et de mélange et le tube de chaleur et permettant aux gaz brûlés d'être recirculés vers ladite chambre de combustion, caractérisés en ce que le tube de chaleur (26) comprend un rebord annulaire (28) qui est logé dans l'espace annulaire (30) et dont au moins une partie est munie d'orifices (29) de passage pour les gaz brûlés, et en ce que l'extrémité inférieure du canal d'entrée (20) comprend une partie terminale (22) convergente en direction du tube de chaleur (26). 2. - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'écran est constitué par une plaque d'aluminium percée d'un orifice pour le passage d'une partie cylindrique (21)de la partie inférieure du canal d'entrée. 3. - Perfectionnements selon l'une des revendications 1 ou 2, du type dans lequel la chambre d'injection et de mélange (50) comprend une partie constituant un siège (13) pour un clapet (39); caractérisés en ce que ledit siège (13) comprend au moins une ouverture (40) pour l'alimentation en comburant de ladite chambre, et en ce qu'au moins une rainure (41) annulaire est ménagée sur ledit siège, ledit clapet (39) s'ouvrant à l'admission du comburant. 4. - Perfectionnements selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clapet (39) est en un matériau souple. 5. - Perfectionnements selon la revendication 4, caractérisés en ce que l'énergie emmagasinée par la formation du clapet (39) est suffisante pour rappeler rapidement ledit clapet vers la position de fermeture. 6. - Perfectionnements selon la revendication 2, caractérisés en ce qu'un écran thermique (32) est disposé au-dessus du tube de chaleur 26. 7. - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que le canal d'entrée (20) présente une hauteur suffisante pour protéger les doyens d'injection (9) de carburant de ia chaleur développée dans la-' chambre de combustion. 8. - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que la chambre de combustion 23 est constituée en au moins deux parties (23,25) solidaires l'une de l'autre et en ce que la partie (25) formant col comprend une découpe (33) pour la réception du rebord annulaire (28) du tube de chaleur (26). 9. - Perfectionnements selon la revendication 8, caractérisés en ce qu'une pièce de protection 31 est insérée entre l'embase 3 et le porte-clapet 5. 10. - Perfectionnements selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisés en ce qu'un canal incliné (44) pour le logement de la bougie est ménage dans le col (25).