Brevet FR2649161A1 — publié le 19910104

CARBURATEUR POUR MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE La présente invention se rapporte à un carburateur pour moteur à combustion interne et à allumage commande comportant une arrivée de carburant à vaporiser débouchant dans un passage d'air étranglé. Les carburateurs qui assurent le mélange quasi stoechiométrique d'air et de carburant pour les moteurs à combustion interne sont utilisés largement pour tous les moteurs à allumage commandé depuis le début de ce siècle, y compris pour les moteurs d'svion. Depuis une décennie, l'industrie automobile commence à leur préférer l'injection du carburant en amont des soupapes d'admission, ce qui améliore la précision du mélange air-carburant et la vaporisation du carburant qui est alors pulvérisé en une infinite de petites gouttes. L'injection du carburant présente l'inconvénient d'exiger un système de réglage onéreux dont le prix reste pratiquement le même pour les petites voitures que pour les grosses. Les carburateurs modernes utilisent, pour le démarrage à froid du moteur, un volet de starter qui provoque un enrichissement du mélange carburé en carburant. Cet enrichissement étant exagéré à froid, les carburateurs provoquent une pollution importante au démarrage par rejet d'hydrocarbures imbrulés et mauvaise combustion due à la vaporisation insuffisante du carburant. La présente invention se propose précisément d'obtenir une carburation parfaite au démarrage à froid en utilisant une bougie de chauffage électrique chauffée par la batterie du véhicule équipé d'un moteur à combustion interne. A cet effet, selon l'invention, le carburant est déchargé à la surface d'un bloc central de forme genérale cylindrique qui se développe à l'aval du point d'amenée de carburant et en amont du papillon des gaz de réglage de la puissance du moteur, et ledit bloc central constitue une bougie de chauffage à résistance électrique qui est chauffée par un circuit électrique, au moins pendant la phase de démarrage du moteur. Selon un autre mode de réalisation, le bloc central cylindrique est chauffé par une résistance electrique présentant des propriétes d'autoregulation de la température assurant, pour une tension maximale déterminée d'une batterie d'alimentation, une température de surface qui ne dépasse pas le point d'éclair du carburant. La température de surface de la pièce centrale cylindrique est en général régulée pour être comprise entre 1500C et 300"C. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le chauffage électrique de la bougie de chauffage est asservi à un détecteur de paramètre indiquant que le moteur a-atteint sa température normale de fonctionnement, par exemple la température de l'eau de refroidissement, de manière que le chauffage électrique soit coupé ou réduit lorsque ledit paramètre est atteint. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le carburant est déchargé par plusieurs orifices qui sont répartis à la périphérie du bloc central de forme générale cylindrique et dont la section d'ouverture vient tangenter la surface dudit bloc central, tandis que la direction d'écoulement du carburant est orientée vers le papillon des gaz pour venir lécher la surface du bloc central. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le bloc central de forme genérale cylindrique est muni d'ailettes, par exemple disposées selon des lignes hélicoida- les, aptes à augmenter la surface d'echange du bloc central avec le carburant et l'air. Les ailettes sont disposées de préférence dans un passage annulaire ménagé entre le bloc cylindrique central et une pièce annulaire portant l'arrivée de carburant et entourant les ailettes, et ce passage annu laire constitue le passage d'air étranglé dans lequel le carburant est déchargé à la surface des ailettes. Les ailettes peuvent être engagées dans des rainures au fond incliné desquelles débouche un orifice d'arrivée de carburant. Selon un autre mode de réalisation, pour un carburateur comportant un passage d'air additionnel dont l'ouverture est régulée par un organe de réglage pour s'ouvrir à partir d'une vitesse de rotation de moteur légèrement supérieure à la vitesse de ralenti, le circuit de chauffage électrique du bloc central est relié à l'organe de réglage, de manière à permettre l'ouverture du passage d'air additionnel par l'organe de réglage seulement pour une vitesse de rotation du moteur nettement supérieure à la vitesse de ralenti et correspondant à la vitesse de ralenti accéléré du moteur froid. Selon un autre mode de réalisation de l'invention améliorant le fonctionnement du moteur au ralenti, le circuit d'air et de carburant du carburateur de ralenti passe à proximité du bloc central cylindrique, de manière à être chauffé par ledit bloc central pendant la marche au ralenti à froid. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un carburateur à circuit d'air additionnel équipé du dispositif de démarrage à froid selon l'invention et de son circuit de régulation; - la figure 2 représente, en vue fragmentaire, un autre mode de réalisation du carburateur selon l'invention, vu en coupe transversale au niveau des orifices de décharge du carburant; - la figure 3 est une vue fragmentaire, en coupe axiale au niveau des arrivées de carburant, du mode de réalisation représente à la figure 2. Le carburateur représenté en coupe sur la figure 1 est alimenté en air extérieur à travers un filtre à air 1 et est destiné à être raccordé à une pipe d'aspiration d'un moteur (non représenté) par une bride 2. Ce carburateur comporte un passage d'air principal la équipé d'une conduite de carburant 3, d'un premier diffuseur 4, dénommé habituellement diffuseur d'émulsion de carburant et formant venturi et, en aval de celui-ci, d'un second diffuseur 5 servant au mélange de l'émulsion air-carburant et de l'air principal. Un passage d'air additionnel 6 constitue dans le mode de réalisation représenté une arrivée réglable d'air secondaire comme décrit dans le brevet européen EP-B-156 670. Un papillon de carburateur 7 placé en aval permet, par sa rotation sous le contrôle du conducteur, de régler le débit d'air total aspiré par le moteur à travers le carburateur et donc le couple instantané du moteur. En position fermée, le papillon 7 vient s'appliquer sur les parois intérieures du passage du corps 8 du carburateur, sans obturer l'admission du circuit de ralenti 9, 9' qui constitue un petit carburateur pré-réglé par une vis 10 de réglage de richesse de ralenti et qui fonctionne quand le papillon 7 est fermé et pour autant qu'une valve de coupure de ralenti ll ne soit par fermée, ce qui se produit lorsque le moteur fonctionne en frein moteur. Selon l'invention, le premier diffuseur 4, qui est supporte à partir du corps du carburateur 8 par des bras de support 12 répartis régulièrement, comporte à l'intérieur de l'arrivée ou des arrivées de carburant 13 une bougie de chauffage électrique 14 en forme de tige cylindrique et qui s'appuie, à sa partie haute et en périphérie, sur des saillies 15 prévues et réparties régulièrement à l'intérieur du corps 16 du premier diffuseur 4, et d'autre part, en partie basse, sur des supports radiaux 17. Le circuit de carburant provenant de la conduite de carburant 3 débouche sur les orifices 13 à l'intérieur des saillies 15, vers l'aval dans le sens de l'aspiration du moteur, de manière à venirlécher la surface cylindrique extérieure de la bougie de chauffage 14. La bougie de chauffage 14 présente une puissance électrique compatible avec les capacités d'une batterie de démarrage de véhicule automobile. Une résistance d'une puissance électrique de 72 W, c'est-à-dire une résistance traversée à chaud par un courant de 6 A sous une tension nominale de 12 V s'est révélée comme étant une puissance optimale au cours des essais. Le circuit électrique 18 de chauffage de la bougie 14 devant fonctionner avant le démarrage du moteur thermique est branché sur la batterie électrique 19 du véhicule automobile équipe du carburateur selon l'invention. Le circuit électrique 18 est susceptible d'être coupé par divers organes de régulation ou d'asservissement tels que, par exemple, un contacteur 20 sensible à la température de refroidissement de l'eau du moteur ou un contacteur manuel 21.On peut par ailleurs prévoir un contacteur manuel 22, en court-circuit des contacteurs de coupure 20 et 21, et qui permet au conducteur du véhicule d'imposer le chauffage de la bougie 14 pour réaliser un démarrage difficille, par exemple après le noyage du moteur dont on a mal estimé la température. Le chauffage de la bougie 14 est réalisé de préférence par l'intermédiaire d'une résistance elec- trique 14a qui presente un fort coefficient d'augmentation avec la température, de manière à relativement stabiliser la température extérieure de la bougie de chauffage.La température de la surface de la bougie 14, avant le démarrage du moteur, peut atteindre des valeurs de l'ordre de 250 C. Mais il est évident que dès le démarrage du moteur, il se produit un écoulement d'essence sur la surface de la bougie 14 qui réalise un refroidissement liquide. La température de surface de la bougie 14 tombe alors à des valeurs de l'ordre de 150"C, le refroidissement par l'essence liquide, plus intense que celui de l'air, étant alors partiellement compensé par la diminution de la valeur de la résistance de chauffage 14a qui laisse passer une intensité plus grande et par le fonctionnement du générateur électrique du véhicule, dynamo ou alternateur, qui augmente rapidement la tension aux bornes de la batterie. Comme déjà explicité dans le brevet européen EP-B-156 670, le passage d'air additionnel 6 est obturé par un flasque de fermeture 23 formé d'une plaque serrée sur le corps 8 du carburateur et qui présente une lumière en forme d'arc de cercle. La lumiere du flasque 23 est susceptible d'être obturée par un volet rotatif 24 muni d'une ouverture 24a d'air additionnel et solidaire d'un arbre 25 guidé dans un palier du flasque de fermeture. L'arbre 25 du volet rotatif porte deux profils de came 26 et 27 et est relié par un accouplement souple et/ou réglable 28 à l'arbre 29 d'un moteur 30 d'actionnement du volet rotatif 24, constitue en général par un moteur électrique pas à pas raccordé par des bornes électriques 31 et 32 à un bloc d'asservissement électronique 33. Le moteur 30 est flasque sur un boîtier d'air additionnel 34, lui-même fixé sur le corps 8 en serrant le flasque de fermeture 23 sur ce corps. Le profil de came 27 est susceptible de repousser, par l'intermédiaire d'une tige 27a et d'un levier de renvoi 27b, une tige 35 à pointeau 35a obturant le passage d'air du clapet d'air de ralenti 11 sous l'action d'un ressort 36. La partie inferieure du boîtier d'air additionnel 34 reçoit un potentiomètre de recopie 37 dont le poussoir 38 vient se placer en face de la came 26 et dont la partie inférieure porte un flasque de fixation 39 sur le boîtier 34 et des bornes 40 de raccordement au bloc d'asservissement 33. Le bloc 33 d'asservissement électronique, alimenté en énergie électrique par la batterie 19, est relié au circuit 18 d'alimentation de la bougie de chauffage 14, de manière à influencer le fonctionnement du moteur 30 de commande de l'air additionnel, de la façon qui sera décrite ultérieurement. On va maintenant décrire le fonctionnement du carburateur représenté à la figure 1. Au démarrage du moteur froid, la bougie de chauffage 14 est tour d'abord reliée à la batterie 19 du véhicule, le cas échéant via un témoin de chauffage qui s'allume seulement après un délai de temporisation correspondant au délai de chauffage de la bougie. Le moteur est ensuite lancé par un démarreur électrique, alors que l'air additionnel est fermé et une aspiration d'air se produit à travers le circuit de second diffuseur 5 et à travers le circuit de premier diffuseur 4 où du carburant liquide, constitué ici d'essence de pétrole, est aspiré aux orifices 13 pour s'écouler vers le bas sur la surface chaude (portée à ce moment à environ 250 C) de la bougie 14. Le carburant liquide s'évapore rapidement au contact de la surface chaude de la bougie 14, après sa sortie des orifices 13, et le moteur est alimenté par un mélange air-essence proche du taux stoechiométrique, ce qui assure l'allumage quasi instantané du mélange carburé dans les chambres de combustion du moteur et le démarrage aisé de ce moteur. Dès que la vitesse de rotation du moteur augmente à froid, le débit de carburant sortant des orifices 13 augmente et une plus grande nappe d'essence se développe vers le bas sur la surface de la bougie 14 qui continue à vaporiser l'essence mais en agissant sur une plus grande nappe liquide et à une température moins élevée (qui descend alors à environ 150 C, la puissance électrique dissipée pouvant atteindre alors 100 W).L'action de la bougie de chauffage 14 se révèle favorable non seulement pour assurer le démarrage du moteur, mais après ce démarrage pour réduire les-condensations d'essence sur les parois froides des conduites d'admission, génératrices d'engorgement et de baisse de régime moteur, mais aussi pour éviter de-façon radicale tout givrage du carburateur après un certain temps de marche à régime élevé sur le circuit de ralenti. Le système mécanique de démarrage du moteur froid représenté à la figure 1 ne comporte plus de volet de-starter, mais une simple butée variable qui empêche la fermeture complète du papillon des gaz. Lorsque le papillon des gaz est complètement ferre pour atteindre le régime de ralenti normal, le circuit 9, 9' d'air de ralenti, ainsi que l'essence de ralenti, sont réchauffés par la bougie de chauffage 14, ce qui améliore la régularité du ralenti et la qualite de la combustion au ralenti et diminue la pollution pendant toute la phase de chauffage du moteur et de marche au ralenti. Après le démarrage du véhicule, le conducteur a en général la possibilité de couper manuellement, par l'interrupteur 21, le chauffage de la bougie 14, ou bien le contacteur thermostatique 20 coupe le circuit électrique de la bougie de chauffage 14 lorsque l'eau de refroidissement du moteur est chaude, ce qui correspond en général à une température de l'ordre de 50C pour l'eau de chauffage. Le circuit électrique de chauffage de la bougie 14 étant relié au bloc électronique d'asservissement 33 du moteur 30, le bloc d'asservissement 33 est avantageusement programmé à l'aide d'un microprocesseur spécifique, de telle manière que, lorsque le circuit 18 est sous tension, le volet d'air additionnel (volet rotatif 24) ne s'ouvre que pour des vitesses de rotation du moteur dépassant la vitesse de ralenti accéléré. On doit comprendre de-même que la marche en survitesse du moteur fonctionnant en frein moteur provoque l'ouverture de l'air additionnel (qui ne peut s'écouler car le papillon des gaz 7 est fermé) et par la came 26, la fermeture du circuit de ralenti par le pointeau 35a, ce qui supprime toute introduction d'air carburé dans les cylindres et majeure l'effet de frein moteur en supprimant toute aspiration de carburant. Dans les modes de réalisation représentés de façon fragmentaire sur les figures 2 et 3, la bpugie de chauffage 14 est munie d'ailettes ou nervures 41 qui remplacent les saillies 15 et peuvent s'étendre selon des lignes hélicofdales, de manière à imprimer à l'air aspiré dans le carburateur un mouvement de rotation. Selon un mode de réalisation avantageux, le corps 16 du premier diffuseur présente, en face des conduites radiales 3' d'arrivée d'air, des rainures longitudinales 42 de faible profondeur et dans lesquelles viennent se loger des ailettes 41 qui sont ainsi disposées dans un passage annulaire 44 entre la bougie 14 et la pièce annulaire 15 du corps 16 du premier diffuseur. Les conduites 3' d'arrivée d'essence sont réalisées aisément par un perçage radial débouchant sur le fond incliné 43 des rainures axiales.Le fond incliné 43 s'écarte de façon croissante de l'ailette 41 depuis le haut de la rainure (dans la position de la figure 1), de manière à dégager vers le bas un espace de sortie de essence faisant ruisseler l'essence sur la périphérie de l'ailette 41. Les arrivées d'essence 3' sont alimentées à partir d'une conduite d'arrivée 46 à l'intérieur du corps 8 du carburateur par une rainure circulaire 47. Lorsque l'on utilise un bloc cylindrique de chauffage 14 muni d'ailettes 41 sur dla périphérie desauelles s'écoule l'essence à vaporiser, il est possible d'utiliser un corps central 14 plus chaud car l'essence ruisselle d'abord sur les ailettes 41 plus froides et ne risque pas de s'enflammer au contact du corps central 14 plus chaud. Il est d'autre part évident que la surface d'échange avec l'air et avec l'essence à vaporiser étant plus grande, l'échange de chaleur avec la bougie 14 est meilleur et qu'il est possible d'utiliser une bougie plus courte. Les ailettes ou nervures 41 peuvent présenter un diamètre extérieur qui va en s'évasant en direction du papillon 7 de façon à occuper non seulement le passage annulaire 44 du premier diffuseur mais aussi le passage annulaire, qui va en s'évasant, du second diffuseur 5. Le dispositif de carburateur à bougie électrique de chauffage qui vient d'être décrit peut être utilisé avec tout type de carburateur et pas seulement avec le carburateur à réglage d'air additionnel représenté à la figure 1, et qui est normalement dépourvu de volet de starter, mais muni d'une butée réglable de marche au ralenti accéléré. Bien entendu,la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Carburateur pour moteur à combustion interne et à allumage commandé comportant une arrivée de carburant à vaporiser débouchant dans un passage d'air étranglé, caractérise en ce que le carburant est dechargé à la surface d'un bloc central (14) de forme générale cylindrique qui se développe à l'aval du point d'arrivée de carburant (13) et en amont du papillon des gaz (7) de réglage de la puissance du moteur et en ce que ledit bloc central (14) constitue une bougie de chauffage à résistance électrique qui est chauffee par un circuit électrique (18, 19), au moins pendant la phase de démarrage du moteur. 2. Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc central cylindrique (14) est chauffé par une résistance électrique (14a) présentant des propriétés d'autorégulation de la température assurant, pour une tension maximale déterminée d'une batterie d'alimentation (19), une température de surface qui ne dépasse pas le point d'éclair du carburant. 3. Carburateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température de surface de la pièce centrale cylindrique (14) est régulée par une résistance électrique (14a) pour être comprise entre 150 et 300 C. 4. Carburateur selon l1une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chauffage électrique de la bougie de chauffage (14) est asservi à un détecteur de paramètre (20) indiquant que le moteur a atteint sa température normale de fonctionnement, par exemple la température de l'eau de refroidissement, de manière que le chauffage électrique soit coupé ou réduit lorsque ledit paramètre est atteint. 5. Carburateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carburant est déchargé par plusieurs orifices (13) qui sont répartis à la périphérie du bloc central de forme générale cylindrique (14) et dont la section d'ouverture vient tangenter la surface dudit bloc central tandis que la direction d'écoulement du carburant est orientée vers le papillon des gaz (7) pour venir lécher la surface du bloc central. 6. Carburateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bloc central de forme générale cylindrique (14) est muni d'ailettes (41), par exemple disposées selon des lignes hélicoïdales, aptes à augmenter la surface d'échange du bloc central avec le carburant et l'air. 7. Carburateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ailettes (41) sont disposées dans un passage annulaire (44) ménagé entre le bloc cylindrique central (14) et une pièce annulaire (45) portant l'arrivée de carburant et entourant les ailettes, et en ce que ce passage annulaire (44) constitue le passage d'air étranglé dans lequel le carburant est déchargé à la surface des ailettes (41). 8. Carburateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ailettes (41) sont engagées dans des rainures (42) au fond incliné (43) desquelles débouche un orifice d'arrivée de carburant (3'). 9. Carburateur selon l'une des revendications 1 à 8, comportant un passage d'air additionnel dont l'ouverture est régulée par un organe de réglage pour s'ouvrir à partir d'une vitesse de rotation de moteur légèrement supérieure à la vitesse de ralenti, caractérisé en ce que le circuit de chauffage électrique (18) du bloc central (14) est relié à l'organe de réglage (33), de manière à permettre l'ouverture du passage d'air additionnel (24a) par l'organe de réglage (30) seulement pour une vitesse de rotation du moteur nettement supérieure à la vitesse de ralenti et correspondant à la vitesse de ralenti accéléré du moteur froid. 10. Carburateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit d'air et de carburant (9, 9') du carburateur de ralenti (9, 10) passe à proximité du bloc central cylindrique (14) de manière à être chauffé par ledit bloc central pendant la marche au ralenti à froid.