Brevet FR2694048A1 — publié le 19940128

La présente invention concerne les carburateurs pour moteurs à combustion interne qui sont destinés à être utilisés avec un carburant gazeux mélangé à de l'air. La présente invention concerne un carburateur destiné à transmettre un mélange d'air et d'un carburant gazeux à un moteur à combustion interne Plus précisément, elle concerne un circuit de transmission au moteur d'un carburant gazeux, par exemple de propane, de méthane ou de gaz naturel, pour le réglage de la vitesse et de la puis- sance du moteur Ces carburateurs sont déjà connus, mais nombreux sont ceux qui ne donnent pas un réglage satisfai- sant pendant le cycle de ralenti et le fonctionnement à ouverture partielle. Le carburateur décrit est destiné à être utilisé avec les petits moteurs à quatre temps -d'accessoires utilisés sur les cireuses, les 'groupes électrogènes ou les chariots élévateurs ou même avec les moteurs d'automobile. Il peut aussi être utilisé avec des moteurs à deux temps qui ne nécessitent pas le mélange d'huile au carburant, mais qui ont un circuit séparé de lubrification L'utilisa- tion des carburants gazeux varie avec le coût des carbu- rants liquides, mais elle est aussi déterminée par des considérations relatives à l'environnement Même lorsque l'utilisation des carburants gazeux peut ne pas présenter un avantage au point de vue de la rentabilité, elle peut être souhaitable pour les opérations à l'intérieur des bâtiments lorsque la création d'oxyde de carbone n'est pas permise Cette utilisation s'applique aux chariots éléva- teurs à fourche et aux cireuses à moteur utilisés dans les bâtiments industriels, et aux groupes électrogènes utilisés à l'intérieur L'utilisation des carburants gazeux, et le mélange d' air et du carburant gazeux peuvent donner en général une combustion plus propre et plus efficace, et elle est donc souhaitable dans toutes les conditions, internes ou externes, qui posent un problème de pollution atmosphérique Par rapport aux moteurs à carburant liquide, les moteurs à carburant gazeux donnent une combustion plus propre et réduisent les émissions indésirables d'au moins %. L'invention a pour objet la réalisation d'un carbu- rateur qui est relativement simple et qui est analogue à certains égards aux carburateurs à carburant liquide mieux connus des mécaniciens et opérateurs de moteurs. Des exemples de carburateurs à gaz sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 4 063 105, 4 123 233, 4 450 821, 4 541 397, 4 765 303, 4 894 067 et 4 997 458. On se réfère d'abord au brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 758 084 qui concerne un carburateur à carburant liquide. Dans la construction du présent carburateur, le circuit de ralenti, par sa nature même, assure une partie du réglage du carburant Au ralenti, tout le carburant gazeux circule par le circuit de ralenti et l'ajutage de ralenti Lors de l'ouverture maximale, presque tout le carburant gazeux s'écoule par l'ajutage principal Entre ces deux conditions, diverses quantités de carburant gazeux circulent à la fois dans les ajutages de ralenti et prin- cipal, la quantité circulant dans chaque ajutage dépendant de l'ouverture du papillon des gaz et en conséquence de l'aspiration créée dans le col du carburateur. Par exemple, les petits moteurs qui consomment un carburant gazeux avec des carburateurs normaux peuvent fonctionner au ralenti ou être ralentis jusqu'à 1 600 à 1 700 tr/min, mais ils ne peuvent pas fonctionner à une plus faible vitesse sans caler Au contraire, l'utilisation d'un carburant gazeux dans la réalisation de carburateur selon l'invention permet l'utilisation du ralenti jusqu'à 1 000 tr/min, avec un fonctionnement stable Dans ces moteurs, la vitesse de fonctionnement pour l'ouverture maximale est d'environ 3 600 tr/min Comme les normes proposées pour les émissions en Californie ont fortement tendance à favoriser le fonctionnement entre le quart et les trois quarts de la pleine charge, la réalisation de carburateur décrite est extrêmement efficace pour ces conditions qui peuvent finalement être imposées à l'en- semble des Etats-Unis d'Amérique. Le carburateur à carburant liquide indiqué précédem- ment, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 3 758 084, a un gicleur principal, une alimentation en carburant commandée par un diaphragme, un gicleur de ralenti et un clapet de retenue à retour de ralenti qui est courant dans de nombreux carburateurs à carburant liquide. Ce clapet de retenue de retour de carburant empêche l'épui- sement des passages de carburant du gicleur principal pendant la phase de ralenti afin que du carburant soit disponible dans les passages du gicleur principal en cas de retour à une ouverture partielle ou totale du papillon des gaz Dans le circuit de gaz décrit dans la suite, un clapet spécial est utilisé et il est formé de matière plastique mince et il joue le rôle non seulement d'un clapet de retour dans certaines étapes, mais aussi d'un organe de réglage de carburant pour une ouverture partielle. Lorsque le papillon des gaz est largement ouvert, le débit de l'ajutage principal est maximal et le clapet de retenue est totalement ouvert Le débit de carburant gazeux est limité uniquement par l'ajutage principal Lorsque le papillon des gaz se ferme, le signal de l'ajutage diminue et le clapet commence à se fermer Lorsque le clapet est en position partiellement ouverte, comme décrit en détail dans la suite, la réduction du débit du carburant gazeux n'est plus réalisée dans la zone de l'ajutage principal mais dans la zone comprise entre le clapet et le corps du clapet. Cette zone peut être réglée comme indiqué dans la suite. Pendant le cycle de ralenti, le fonctionnement du clapet empêche le retour. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe par un plan vertical du carburateur ayant un corps supérieur et un corps inférieur; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 du corps inférieur usiné; la figure 3 est une vue en plan d'une garniture placée entre les corps supérieur et inférieur; la figure 4 est une vue d'un ensemble combiné formant une garniture mince et un clapet de retenue; la figure 5 est un vue du bord de la garniture formant clapet; la figure 6 est un schéma du clapet, indiquant des dimensions; la figure 7 représente l'emplacement de l'ajutage de carburant dans une buse de carburant; et la figure 8 représente l'emplacement de l'ajutage de carburant dans un embout d'entrée de gaz. La figure 1 représente un boîtier en deux parties de carburateur, comprenant un corps inférieur 20 de base et un corps supérieur 22 de boîtier fixé au corps inférieur par des boulons 24 ayant des têtes Le boîtier supérieur a un passage d'air et de carburant 26 avec une extrémité 28 d'entrée d'air, une sortie de gaz et d'air 30 et un venturi 32 placé entre elles Une buse 34 dépasse dans le venturi et a une base 36 montée dans le corps 22 Une chambre 40 de carburant est formée sous la buse 34 Un papillon de starter est monté à l'entrée d'air du passage 26 et est commandé de manière classique Un papillon des gaz 44 est monté afin qu'il puisse pivoter entre le venturi 32 et la sortie d'air et de gaz 30. Le corps supérieur comprend aussi un ajutage de ralenti 51 qui rejoint un passage vertical 50 proche de la chambre 40 et rejoignant un passage transversal 52 placé sous les passages 54, 56 et 58 de ralenti Un trou 60 permet le montage par vissage d'une vis à tête 62 d'ajuste- ment de ralenti, rappelée par un ressort 64 L'extrémité interne 66 de la vis de réglage règle la section efficace de l'orifice 58 de ralenti. On se réfère maintenant au corps inférieur 20; un passage vertical 70 à gradin a une petite extrémité 71 utilisée comme ouverture principale d'ajutage de gaz dans la chambre 40 L'extrémité relativement grande 72 a un coude 74 d'entrée de carburant destiné à être raccordé à un tube rigide ou souple de carburant Un passage horizontal 76 conduit du passage 70 à un passage vertical 78 placé en face d'un passage 50 du corps supérieur Les éléments 80 sont des bouchons destinés à fermer les trous de perçage. Une autre construction permet le positionnement de l'aju- tage principal 71 de gaz à la base 36 de la buse (figure 7, 71 a) ou dans le passage 72 (figure 8, 71 b) au-dessus de l'entrée 74 de carburant. Sur la figure 2, la partie supérieure de la base 20 est représentée avec le trou 70 relié à un passage 76, le passage 76 étant relié au passage 78 Deux garnitures 90 et 92 sont montées entre les corps supérieur 22 et inférieur 20 du carburateur La figure 3 représente la configuration de la garniture 90 qui a une ouverture centrale ovale 94 destinée à correspondre à la configuration de la chambre 40 et des trous d'extrémité pour le passage de vis de serrage. La figure 4 représente la combinaison formée d'une garni- ture 92 ayant une ouverture centrale 96 destinée à être en face de l'ouverture 94 de la garniture 90 mais ayant aussi un clapet à lame sous forme d'un clapet 100 destiné à recouvrir l'ajutage principal 71 de gaz du corps inférieur La figure 5 est une vue du bord de la garniture 92 formant clapet. La garniture 92 formant clapet est de préférence constituée d'une matière plastique, par exemple de poly- ester ("Mylar") ou de polyimide ("Kapton") Le clapet 100 a de préférence une épaisseur (t) (figure 6) comprise entre 25 et 125 pm Le bras de levier L (figure 6) est de préfé- rence compris entre 2,5 et 12,5 mm On a utilisé de manière satisfaisante un bras de levier de 4,4 mm Des épaisseurs dans la plage précitée ont été utilisées de manière satis- faisante par pas de 2,5 mm. Il est important que le clapet 100 soit formé d'un matériau qui n'est pas affecté par le contact du carburant. Des exemples sont les matières plastiques indiquées précé- demment ainsi qu'une mince feuille d'acier inoxydable ou d'un métal résistant à la corrosion tel que le laiton ou le bronze. Il faut noter que la chambre 40 de carburant formée dans la partie supérieure 22 du corps a une largeur et une profondeur permettant un déplacement libre du clapet 100. En outre, l'ouverture de la buse 34 est décalée latéra- lement par rapport au clapet afin qu'un écoulement libre soit possible vers la buse lorsque le clapet est en posi- tion à distance de son siège. En considère maintenant le fonctionnement du carbu- rateur Dans la phase de ralenti du carburateur alors que le papillon des gaz 44 est tel qu'indiqué sur la figure 1, la dépression à l'orifice 58 de ralenti est plus grande que la dépression au niveau de la buse 34 si bien que le clapet se ferme Le carburant est aspiré par l'entrée de carburant sans aspiration d'air par la buse 34 Le carbu- rant mélangé à l'air et circulant dans le venturi est transmis au moteur uniquement par l'orifice 58 de ralenti. Lorsque le papillon des gaz s'ouvre, la dépression au niveau de la buse 34 devient plus grande si bien que le clapet 100 s'ouvre La transmission du carburant au moteur s'effectue alors essentiellement par la buse 34, mais un courant partiel peut circuler par les ajutages de ralenti et principal. Lorsque le papillon des gaz continue à s'ouvrir, la dépression au niveau de la buse augmente si bien que le clapet s'ouvre plus largement Le débit de carburant, pour une ouverture partielle du papillon des gaz, peut être réglé par réglage de l'ouverture du clapet par rapport à la dépression au niveau de la buse L'opération peut être réalisée par modification de la configuration géométrique du clapet et plus précisément de ltépaisseur "t" (figure 6) et du bras de levier "L" (figure 6) L'élasticité du clapet 92 est aussi un facteur à prendre en considération, de même que la pression de la source de carburant gazeux en 74 Un étalonnage est nécessaire pour les divers paramètres précités, comme cela est courant dans le cas de la réalisa- tion des carburateurs. REVENDICATIONS 1 Carburateur destiné à transmettre et à régler un carburant gazeux transmis à un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un corps ( 20, 22) de carburateur ayant un passage formant venturi de carburant et d'air, (b) un papillon de starter ( 42) et un papillon des gaz ( 44) placés dans le passage à venturi ( 32), (c) un dispositif formant une chambre de carburant ( 40) destinée au carburant gazeux et formée dans le corps et une buse principale ( 34) de carburant reliant la chambre au passage formant venturi ( 32), (d) un orifice ( 74) d'entrée de gaz raccordé à la chambre de carburant, (e) un siège de clapet formé dans une paroi de la chambre de carburant, et (f) un mince clapet flexible ayant une première partie ( 92) fixée au corps et une seconde partie ( 100) dépassant de la première partie et recouvrant le siège de clapet pour régler le débit de gaz transmis au venturi ( 32) en fonction de la dépression au niveau de la buse placée dans le venturi. 2 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) a une épaisseur (t) comprise entre 25 et 125 pm et un bras de levier (L) compris entre 2,5 et 12,5 mm. 3 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) a une épaisseur (t) comprise entre 25 et 125 pim, et un bras de levier (L) de 4,4 mm. 4 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) est formé de matière plastique de polyimide. Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) est formé de polyester. 6 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) est formé d'un métal flexible résistant à la corrosion et mince. 7 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet ( 100) est formé d'acier inoxydable flexible et mince. 8 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un rétrécissement étalonné ( 71) formant ajutage principal de carburant est placé sous le siège, entre le siège et l'orifice d'entrée de gaz. 9 Carburateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ajutage principal calibré est placé entre l'orifice ( 74) d'entrée de gaz et le passage formant venturi ( 32). Carburateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un passage de ralenti ( 50) est formé dans le corps entre l'orifice d'entrée de gaz et le passage formant venturi, par l'intermédiaire de l'orifice de ralenti placé en aval de la buse principale de carburant au voisinage du papillon des gaz, un ajutage de ralenti placé dans le passage de ralenti, un orifice principal de ralenti placé en aval du papillon des gaz lorsque celui-ci est en posi- tion de fermeture, et une soupape de réglage destinée à régler l'ouverture efficace de l'orifice principal de ralenti. 11 Carburateur selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le corps est formé de deux parties ( 20, 22), le passage formant venturi ( 32), le papillon de starter ( 42) et le papillon des gaz ( 44), la buse de carburant ( 34) et les passages de ralenti étant placés dans une première partie de corps ( 22), et l'entrée de carburant et le siège étant placés dans la seconde partie de corps ( 20), des garnitures ( 90, 92) étant placées entre les parties de corps, l'une des garnitures ( 92) ayant le clapet ( 100) qui recouvre le siège, la chambre de carburant étant formée dans la pre- mière partie de corps ( 22) et ayant une paroi ouverte tournée vers le siège formé dans la seconde partie de corps ( 20), la chambre de carburant ayant une largeur et une profondeur permettant au clapet ( 100) de pivoter vers une position d'ouverture maximale, la buse ( 34) étant décalée latéralement par rapport au clapet ( 100) afin que l'écoule- ment vers la buse soit libre lorsque le clapet ( 100) est à distance du siège.